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root/radiance/ray/src/rt/ambcomp.c
(Generate patch)

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 1.11 by greg, Tue Aug 13 12:16:41 1991 UTC vs.
Revision 2.100 by greg, Mon Apr 28 19:30:01 2025 UTC

# Line 1 | Line 1
1 /* Copyright (c) 1991 Regents of the University of California */
2
1   #ifndef lint
2 < static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
2 > static const char       RCSid[] = "$Id$";
3   #endif
6
4   /*
5   * Routines to compute "ambient" values using Monte Carlo
6 + *
7 + *  Hessian calculations based on "Practical Hessian-Based Error Control
8 + *      for Irradiance Caching" by Schwarzhaupt, Wann Jensen, & Jarosz
9 + *      from ACM SIGGRAPH Asia 2012 conference proceedings.
10 + *
11 + *  Added book-keeping optimization to avoid calculations that would
12 + *      cancel due to traversal both directions on edges that are adjacent
13 + *      to same-valued triangles.  This cuts about half of Hessian math.
14 + *
15 + *  Declarations of external symbols in ambient.h
16   */
17  
18 < #include  "ray.h"
18 > #include "copyright.h"
19  
20 + #include  "ray.h"
21   #include  "ambient.h"
14
22   #include  "random.h"
23  
24 + #ifndef MINADIV
25 + #define MINADIV         7       /* minimum # divisions in each dimension */
26 + #endif
27 + #ifndef MINSDIST
28 + #define MINSDIST        0.25    /* def. min. spacing = 1/4th division */
29 + #endif
30 +
31   typedef struct {
32 <        short  t, p;            /* theta, phi indices */
33 <        COLOR  v;               /* value sum */
34 <        float  r;               /* 1/distance sum */
35 <        float  k;               /* variance for this division */
22 <        int  n;                 /* number of subsamples */
23 < }  AMBSAMP;             /* ambient sample division */
32 >        FVECT   p;              /* intersection point */
33 >        float   d;              /* reciprocal distance */
34 >        SCOLOR  v;              /* hemisphere sample value */
35 > } AMBSAMP;              /* sample value */
36  
37   typedef struct {
38 <        FVECT  ux, uy, uz;      /* x, y and z axis directions */
39 <        short  nt, np;          /* number of theta and phi directions */
38 >        RAY     *rp;            /* originating ray sample */
39 >        int     ns;             /* number of samples per axis */
40 >        int     sampOK;         /* acquired full sample set? */
41 >        int     atyp;           /* RAMBIENT or TAMBIENT */
42 >        SCOLOR  acoef;          /* division contribution coefficient */
43 >        SCOLOR  acol;           /* accumulated color */
44 >        FVECT   onrm;           /* oriented unperturbed surface normal */
45 >        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis unit vectors */
46 >        AMBSAMP sa[1];          /* sample array (extends struct) */
47   }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
48  
49 < extern double  sin(), cos(), sqrt();
49 > #define AI(h,i,j)       ((i)*(h)->ns + (j))
50 > #define ambsam(h,i,j)   (h)->sa[AI(h,i,j)]
51  
52 + typedef struct {
53 +        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rcp, rI2_eJ2;
54 +        double  I1, I2;
55 + } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
56  
57 +
58   static int
59 < ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
60 < AMBSAMP  *d1, *d2;
59 > ambcollision(                           /* proposed direciton collides? */
60 >        AMBHEMI *hp,
61 >        int     i,
62 >        int     j,
63 >        FVECT   dv
64 > )
65   {
66 <        if (d1->k < d2->k)
67 <                return(1);
68 <        if (d1->k > d2->k)
69 <                return(-1);
70 <        return(0);
66 >        double  cos_thresh;
67 >        int     ii, jj;
68 >
69 >        cos_thresh = (PI*MINSDIST)/(double)hp->ns;
70 >        cos_thresh = 1. - .5*cos_thresh*cos_thresh;
71 >                                        /* check existing neighbors */
72 >        for (ii = i-1; ii <= i+1; ii++) {
73 >                if (ii < 0) continue;
74 >                if (ii >= hp->ns) break;
75 >                for (jj = j-1; jj <= j+1; jj++) {
76 >                        AMBSAMP *ap;
77 >                        FVECT   avec;
78 >                        double  dprod;
79 >                        if (jj < 0) continue;
80 >                        if (jj >= hp->ns) break;
81 >                        if ((ii==i) & (jj==j)) continue;
82 >                        ap = &ambsam(hp,ii,jj);
83 >                        if (ap->d <= .5/FHUGE)
84 >                                continue;       /* no one home */
85 >                        VSUB(avec, ap->p, hp->rp->rop);
86 >                        dprod = DOT(avec, dv);
87 >                        if (dprod >= cos_thresh*VLEN(avec))
88 >                                return(1);      /* collision */
89 >                }
90 >        }
91 >        return(0);                      /* nothing to worry about */
92   }
93  
94  
95 + #define XLOTSIZ         251             /* size of used car lot */
96 + #define CFIRST          0               /* first corner */
97 + #define COTHER          (CFIRST+4)      /* non-corner sample */
98 + #define CMAXTARGET      (int)(XLOTSIZ*MINSDIST/(1-MINSDIST))
99 + #define CXCOPY(d,s)     (excharr[d][0]=excharr[s][0], excharr[d][1]=excharr[s][1])
100 +
101   static int
102 < ambnorm(d1, d2)                         /* standard order */
47 < AMBSAMP  *d1, *d2;
102 > psample_class(double ss[2])             /* classify patch sample */
103   {
104 <        register int  c;
104 >        if (ss[0] < MINSDIST) {
105 >                if (ss[1] < MINSDIST)
106 >                        return(CFIRST);
107 >                if (ss[1] > 1.-MINSDIST)
108 >                        return(CFIRST+2);
109 >        } else if (ss[0] > 1.-MINSDIST) {
110 >                if (ss[1] < MINSDIST)
111 >                        return(CFIRST+1);
112 >                if (ss[1] > 1.-MINSDIST)
113 >                        return(CFIRST+3);
114 >        }
115 >        return(COTHER);                 /* not in a corner */
116 > }
117  
118 <        if (c = d1->t - d2->t)
119 <                return(c);
120 <        return(d1->p - d2->p);
118 > static void
119 > trade_patchsamp(double ss[2])           /* trade in problem patch position */
120 > {
121 >        static float    excharr[XLOTSIZ][2];
122 >        static short    gterm[COTHER+1];
123 >        double          srep[2];
124 >        int             sclass, rclass;
125 >        int             x;
126 >                                        /* reset on corner overload */
127 >        if (gterm[COTHER-1] >= (CMAXTARGET+XLOTSIZ)/2)
128 >                memset(gterm, 0, sizeof(gterm));
129 >                                        /* (re-)initialize? */
130 >        while (gterm[COTHER] < XLOTSIZ) {
131 >                excharr[gterm[COTHER]][0] = frandom();
132 >                excharr[gterm[COTHER]][1] = frandom();
133 >                ++gterm[COTHER];
134 >        }                               /* get trade-in candidate... */
135 >        sclass = psample_class(ss);     /* submitted corner or not? */
136 >        switch (sclass) {
137 >        case COTHER:                    /* trade mid-edge with corner/any */
138 >                x = irandom( gterm[COTHER-1] > CMAXTARGET
139 >                                ? gterm[COTHER-1] : XLOTSIZ );
140 >                break;
141 >        case CFIRST:                    /* kick out of first corner */
142 >                x = gterm[CFIRST] + irandom(XLOTSIZ - gterm[CFIRST]);
143 >                break;
144 >        default:                        /* kick out of 2nd-4th corner */
145 >                x = irandom(XLOTSIZ - (gterm[sclass] - gterm[sclass-1]));
146 >                x += (x >= gterm[sclass-1])*(gterm[sclass] - gterm[sclass-1]);
147 >                break;
148 >        }
149 >        srep[0] = excharr[x][0];        /* save selected replacement (result) */
150 >        srep[1] = excharr[x][1];
151 >                                        /* identify replacement class */
152 >        for (rclass = CFIRST; rclass < COTHER; rclass++)
153 >                if (x < gterm[rclass])
154 >                        break;          /* repark to keep classes grouped */
155 >        while (rclass > sclass) {       /* replacement group after submitted? */
156 >                CXCOPY(x, gterm[rclass-1]);
157 >                x = gterm[--rclass]++;
158 >        }
159 >        while (rclass < sclass) {       /* replacement group before submitted? */
160 >                --gterm[rclass];
161 >                CXCOPY(x, gterm[rclass]);
162 >                x = gterm[rclass++];
163 >        }
164 >        excharr[x][0] = ss[0];          /* complete the trade-in */
165 >        excharr[x][1] = ss[1];
166 >        ss[0] = srep[0];
167 >        ss[1] = srep[1];
168   }
169  
170 + #undef CXCOPY
171 + #undef XLOTSIZ
172 + #undef COTHER
173 + #undef CFIRST
174  
57 divsample(dp, h, r)                     /* sample a division */
58 register AMBSAMP  *dp;
59 AMBHEMI  *h;
60 RAY  *r;
61 {
62        RAY  ar;
63        int  hlist[3];
64        double  spt[2];
65        double  xd, yd, zd;
66        double  b2;
67        double  phi;
68        register int  i;
175  
176 <        if (rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
177 <                return(-1);
178 <        hlist[0] = r->rno;
179 <        hlist[1] = dp->t;
180 <        hlist[2] = dp->p;
181 <        peano(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n), .01);
182 <        zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
183 <        phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
184 <        xd = cos(phi) * zd;
185 <        yd = sin(phi) * zd;
186 <        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
187 <        for (i = 0; i < 3; i++)
188 <                ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
189 <                                yd*h->uy[i] +
190 <                                zd*h->uz[i];
191 <        dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
192 <        rayvalue(&ar);
176 > static int
177 > ambsample(                              /* initial ambient division sample */
178 >        AMBHEMI *hp,
179 >        int     i,
180 >        int     j,
181 >        int     n
182 > )
183 > {
184 >        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
185 >        RAY     ar;
186 >        int     hlist[3], ii;
187 >        double  ss[2];
188 >        RREAL   spt[2];
189 >        double  zd;
190 >                                        /* generate hemispherical sample */
191 >                                        /* ambient coefficient for weight */
192 >        if (ambacc > FTINY)
193 >                setscolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
194 >        else
195 >                copyscolor(ar.rcoef, hp->acoef);
196 >        if (rayorigin(&ar, hp->atyp, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
197 >                return(0);
198 >        if (ambacc > FTINY) {
199 >                smultscolor(ar.rcoef, hp->acoef);
200 >                scalescolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
201 >        }
202 >        hlist[0] = hp->rp->rno;
203 >        hlist[1] = AI(hp,i,j);
204 >        hlist[2] = samplendx;
205 >        multisamp(ss, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
206 > patch_redo:
207 >        square2disk(spt, (j+ss[1])/hp->ns, (i+ss[0])/hp->ns);
208 >        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
209 >        for (ii = 3; ii--; )
210 >                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
211 >                                spt[1]*hp->uy[ii] +
212 >                                zd*hp->onrm[ii];
213 >        checknorm(ar.rdir);
214 >                                        /* avoid coincident samples */
215 >        if (!n & (hp->ns >= 4) && ambcollision(hp, i, j, ar.rdir)) {
216 >                trade_patchsamp(ss);
217 >                goto patch_redo;
218 >        }
219 >        dimlist[ndims++] = AI(hp,i,j) + 90171;
220 >        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
221          ndims--;
222 <        addcolor(dp->v, ar.rcol);
223 <        if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
224 <                dp->r += 1.0/ar.rt;
225 <                                        /* (re)initialize error */
226 <        if (dp->n++) {
227 <                b2 = bright(dp->v)/dp->n - bright(ar.rcol);
228 <                b2 = b2*b2 + dp->k*((dp->n-1)*(dp->n-1));
229 <                dp->k = b2/(dp->n*dp->n);
230 <        } else
231 <                dp->k = 0.0;
232 <        return(0);
222 >        zd = raydistance(&ar);
223 >        if (zd <= FTINY)
224 >                return(0);              /* should never happen */
225 >        smultscolor(ar.rcol, ar.rcoef); /* apply coefficient */
226 >        if (zd*ap->d < 1.0)             /* new/closer distance? */
227 >                ap->d = 1.0/zd;
228 >        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
229 >                if (zd > 10.0*thescene.cusize + 1000.)
230 >                        zd = 10.0*thescene.cusize + 1000.;
231 >                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, zd);
232 >                copyscolor(ap->v, ar.rcol);
233 >        } else {                        /* else update recorded value */
234 >                sopscolor(hp->acol, -=, ap->v);
235 >                zd = 1.0/(double)(n+1);
236 >                scalescolor(ar.rcol, zd);
237 >                zd *= (double)n;
238 >                scalescolor(ap->v, zd);
239 >                saddscolor(ap->v, ar.rcol);
240 >        }
241 >        saddscolor(hp->acol, ap->v);    /* add to our sum */
242 >        return(1);
243   }
244  
245  
246 < double
247 < doambient(acol, r, pg, dg)              /* compute ambient component */
248 < COLOR  acol;
105 < RAY  *r;
106 < FVECT  pg, dg;
246 > /* Estimate variance based on ambient division differences */
247 > static float *
248 > getambdiffs(AMBHEMI *hp)
249   {
250 <        double  b, d;
251 <        AMBHEMI  hemi;
252 <        AMBSAMP  *div;
253 <        AMBSAMP  dnew;
254 <        register AMBSAMP  *dp;
255 <        double  arad;
256 <        int  ndivs, ns;
257 <        register int  i, j;
258 <                                        /* initialize color */
259 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
260 <                                        /* initialize hemisphere */
261 <        inithemi(&hemi, r);
262 <        ndivs = hemi.nt * hemi.np;
263 <        if (ndivs == 0)
264 <                return(0.0);
265 <                                        /* set number of super-samples */
266 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
267 <        if (ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
268 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
269 <                if (div == NULL)
270 <                        error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
129 <        } else
130 <                div = NULL;
131 <                                        /* sample the divisions */
132 <        arad = 0.0;
133 <        if ((dp = div) == NULL)
134 <                dp = &dnew;
135 <        for (i = 0; i < hemi.nt; i++)
136 <                for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
137 <                        dp->t = i; dp->p = j;
138 <                        setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
139 <                        dp->r = 0.0;
140 <                        dp->n = 0;
141 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0)
142 <                                goto oopsy;
143 <                        if (div != NULL)
144 <                                dp++;
145 <                        else {
146 <                                addcolor(acol, dp->v);
147 <                                arad += dp->r;
148 <                        }
250 >        const double    normf = 1./(pbright(hp->acoef) + FTINY);
251 >        float   *earr = (float *)calloc(2*hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
252 >        float   *ep;
253 >        AMBSAMP *ap;
254 >        double  b, b1, d2;
255 >        int     i, j;
256 >
257 >        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
258 >                return(NULL);
259 >                                        /* sum squared neighbor diffs */
260 >        ap = hp->sa;
261 >        ep = earr + hp->ns*hp->ns;      /* original estimates to scratch */
262 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
263 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
264 >                b = pbright(ap[0].v);
265 >                if (i) {                /* from above */
266 >                        b1 = pbright(ap[-hp->ns].v);
267 >                        d2 = b - b1;
268 >                        d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
269 >                        ep[0] += d2;
270 >                        ep[-hp->ns] += d2;
271                  }
272 <        if (ns > 0) {                   /* perform super-sampling */
273 <                comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
274 <                qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);     /* sort divs */
275 <                                                /* super-sample */
276 <                for (i = ns; i > 0; i--) {
277 <                        copystruct(&dnew, div);
278 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
279 <                                goto oopsy;
280 <                                                        /* reinsert */
281 <                        dp = div;
282 <                        j = ndivs < i ? ndivs : i;
283 <                        while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
284 <                                copystruct(dp, dp+1);
285 <                                dp++;
286 <                        }
287 <                        copystruct(dp, &dnew);
288 <                }
289 <                if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
290 <                        qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
272 >                if (!j) continue;
273 >                                        /* from behind */
274 >                b1 = pbright(ap[-1].v);
275 >                d2 = b - b1;
276 >                d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
277 >                ep[0] += d2;
278 >                ep[-1] += d2;
279 >                if (!i) continue;
280 >                                        /* diagonal */
281 >                b1 = pbright(ap[-hp->ns-1].v);
282 >                d2 = b - b1;
283 >                d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
284 >                ep[0] += d2;
285 >                ep[-hp->ns-1] += d2;
286 >            }
287 >                                        /* correct for number of neighbors */
288 >        ep = earr + hp->ns*hp->ns;
289 >        ep[0] *= 6./3.;
290 >        ep[hp->ns-1] *= 6./3.;
291 >        ep[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 6./3.;
292 >        ep[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 6./3.;
293 >        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
294 >                ep[i*hp->ns] *= 6./5.;
295 >                ep[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 6./5.;
296          }
297 <                                        /* compute returned values */
298 <        if (div != NULL) {
299 <                for (i = ndivs, dp = div; i-- > 0; dp++) {
173 <                        arad += dp->r;
174 <                        if (dp->n > 1) {
175 <                                b = 1.0/dp->n;
176 <                                scalecolor(dp->v, b);
177 <                                dp->r *= b;
178 <                                dp->n = 1;
179 <                        }
180 <                        addcolor(acol, dp->v);
181 <                }
182 <                b = bright(acol);
183 <                if (b > FTINY) {
184 <                        b = ndivs/b;
185 <                        if (pg != NULL) {
186 <                                posgradient(pg, div, &hemi);
187 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
188 <                                        pg[i] *= b;
189 <                        }
190 <                        if (dg != NULL) {
191 <                                dirgradient(dg, div, &hemi);
192 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
193 <                                        dg[i] *= b;
194 <                        }
195 <                } else {
196 <                        if (pg != NULL)
197 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
198 <                                        pg[i] = 0.0;
199 <                        if (dg != NULL)
200 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
201 <                                        dg[i] = 0.0;
202 <                }
203 <                free((char *)div);
297 >        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
298 >                ep[j] *= 6./5.;
299 >                ep[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 6./5.;
300          }
301 <        b = 1.0/ndivs;
302 <        scalecolor(acol, b);
303 <        if (arad <= FTINY)
304 <                arad = FHUGE;
305 <        else
306 <                arad = (ndivs+ns)/arad;
307 <        if (arad > maxarad)
308 <                arad = maxarad;
309 <        else if (arad < minarad)
310 <                arad = minarad;
215 <        arad /= sqrt(r->rweight);
216 <        if (pg != NULL) {               /* clip pos. gradient if too large */
217 <                d = 4.0*DOT(pg,pg)*arad*arad;
218 <                if (d > 1.0) {
219 <                        d = 1.0/sqrt(d);
220 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
221 <                                pg[i] *= d;
222 <                }
301 >                                        /* blur final map to reduce bias */
302 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
303 >            float  *ep2;
304 >            ep = earr + i*hp->ns;
305 >            ep2 = ep + hp->ns*hp->ns;
306 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++, ep++, ep2++) {
307 >                ep[0] += .5*ep2[0] + .125*(ep2[1] + ep2[hp->ns]);
308 >                ep[1] += .125*ep2[0];
309 >                ep[hp->ns] += .125*ep2[0];
310 >            }
311          }
312 <        return(arad);
225 < oopsy:
226 <        if (div != NULL)
227 <                free((char *)div);
228 <        return(0.0);
312 >        return(earr);
313   }
314  
315  
316 < inithemi(hp, r)                 /* initialize sampling hemisphere */
317 < register AMBHEMI  *hp;
318 < RAY  *r;
316 > /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
317 > static void
318 > ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
319   {
320 <        register int  i;
320 >        float   *earr = getambdiffs(hp);
321 >        double  e2rem = 0;
322 >        float   *ep;
323 >        int     i, j, n, nss;
324 >
325 >        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
326 >                return;
327 >                                        /* accumulate estimated variances */
328 >        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
329 >                e2rem += *--ep;
330 >        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
331 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
332 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++) {
333 >                if (e2rem <= FTINY)
334 >                        goto done;      /* nothing left to do */
335 >                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
336 >                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
337 >                        if (!--cnt) goto done;
338 >                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
339 >        }
340 > done:
341 >        free(earr);
342 > }
343 >
344 >
345 > static AMBHEMI *
346 > samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
347 >        SCOLOR  rcol,
348 >        RAY     *r,
349 >        double  wt
350 > )
351 > {
352 >        int     backside = (wt < 0);
353 >        AMBHEMI *hp;
354 >        double  d;
355 >        int     n, i, j;
356 >                                        /* insignificance check */
357 >        d = sintens(rcol);
358 >        if (d <= FTINY)
359 >                return(NULL);
360                                          /* set number of divisions */
361 <        hp->nt = sqrt(ambdiv * r->rweight / PI) + 0.5;
362 <        hp->np = PI * hp->nt;
363 <                                        /* make axes */
364 <        VCOPY(hp->uz, r->ron);
365 <        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
366 <        for (i = 0; i < 3; i++)
367 <                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
368 <                        break;
369 <        if (i >= 3)
370 <                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
371 <        hp->uy[i] = 1.0;
372 <        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
373 <        normalize(hp->ux);
374 <        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
361 >        if (backside) wt = -wt;
362 >        if (ambacc <= FTINY &&
363 >                        wt > (d *= 0.8*r->rweight/(ambdiv*minweight + 1e-20)))
364 >                wt = d;                 /* avoid ray termination */
365 >        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
366 >        i = 1 + (MINADIV-1)*(ambacc > FTINY);
367 >        if (n < i)                      /* use minimum number of samples? */
368 >                n = i;
369 >                                        /* allocate sampling array */
370 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
371 >        if (hp == NULL)
372 >                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
373 >
374 >        if (backside) {
375 >                hp->atyp = TAMBIENT;
376 >                hp->onrm[0] = -r->ron[0];
377 >                hp->onrm[1] = -r->ron[1];
378 >                hp->onrm[2] = -r->ron[2];
379 >        } else {
380 >                hp->atyp = RAMBIENT;
381 >                VCOPY(hp->onrm, r->ron);
382 >        }
383 >        hp->rp = r;
384 >        hp->ns = n;
385 >        scolorblack(hp->acol);
386 >        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
387 >        hp->sampOK = 0;
388 >                                        /* assign coefficient */
389 >        copyscolor(hp->acoef, rcol);
390 >        d = 1.0/(n*n);
391 >        scalescolor(hp->acoef, d);
392 >                                        /* make tangent plane axes */
393 >        if (!getperpendicular(hp->ux, hp->onrm, 1))
394 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
395 >        VCROSS(hp->uy, hp->onrm, hp->ux);
396 >                                        /* sample divisions */
397 >        for (i = hp->ns; i--; )
398 >            for (j = hp->ns; j--; )
399 >                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
400 >        copyscolor(rcol, hp->acol);
401 >        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
402 >                free(hp);
403 >                return(NULL);
404 >        }
405 >        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
406 >                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
407 >                return(hp);
408 >        }
409 >        if (hp->sampOK <= MINADIV*MINADIV)
410 >                return(hp);             /* don't bother super-sampling */
411 >        n = ambssamp*wt + 0.5;
412 >        if (n >= 4*hp->ns) {            /* perform super-sampling? */
413 >                ambsupersamp(hp, n);
414 >                copyscolor(rcol, hp->acol);
415 >        }
416 >        return(hp);                     /* all is well */
417   }
418  
419  
420 < comperrs(da, hp)                /* compute initial error estimates */
421 < AMBSAMP  *da;           /* assumes standard ordering */
422 < register AMBHEMI  *hp;
420 > /* Return brightness of farthest ambient sample */
421 > static double
422 > back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
423   {
424 <        double  b, b2;
425 <        int  i, j;
426 <        register AMBSAMP  *dp;
427 <                                /* sum differences from neighbors */
428 <        dp = da;
429 <        for (i = 0; i < hp->nt; i++)
430 <                for (j = 0; j < hp->np; j++) {
431 < #ifdef  DEBUG
267 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
268 <                                error(CONSISTENCY,
269 <                                        "division order in comperrs");
270 < #endif
271 <                        b = bright(dp[0].v);
272 <                        if (i > 0) {            /* from above */
273 <                                b2 = bright(dp[-hp->np].v) - b;
274 <                                b2 *= b2 * 0.25;
275 <                                dp[0].k += b2;
276 <                                dp[-hp->np].k += b2;
277 <                        }
278 <                        if (j > 0) {            /* from behind */
279 <                                b2 = bright(dp[-1].v) - b;
280 <                                b2 *= b2 * 0.25;
281 <                                dp[0].k += b2;
282 <                                dp[-1].k += b2;
283 <                        } else {                /* around */
284 <                                b2 = bright(dp[hp->np-1].v) - b;
285 <                                b2 *= b2 * 0.25;
286 <                                dp[0].k += b2;
287 <                                dp[hp->np-1].k += b2;
288 <                        }
289 <                        dp++;
290 <                }
291 <                                /* divide by number of neighbors */
292 <        dp = da;
293 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* top row */
294 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
295 <        if (hp->nt < 2)
296 <                return;
297 <        for (i = 1; i < hp->nt-1; i++)          /* central region */
298 <                for (j = 0; j < hp->np; j++)
299 <                        (dp++)->k *= 0.25;
300 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* bottom row */
301 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
424 >        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
425 >                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
426 >                        return(hp->sa[n1].v[0]);
427 >                return(hp->sa[n3].v[0]);
428 >        }
429 >        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
430 >                return(hp->sa[n2].v[0]);
431 >        return(hp->sa[n3].v[0]);
432   }
433  
434  
435 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
436 < FVECT  gv;
437 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
308 < AMBHEMI  *hp;
435 > /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
436 > static void
437 > comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
438   {
439 <        register int  i, j;
440 <        double  b, d;
312 <        double  mag0, mag1;
313 <        double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
314 <        register AMBSAMP  *dp;
439 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
440 >        int     ii;
441  
442 <        xd = yd = 0.0;
443 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
444 <                dp = da + j;
445 <                mag0 = mag1 = 0.0;
446 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
447 < #ifdef  DEBUG
448 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
449 <                                error(CONSISTENCY,
450 <                                        "division order in posgradient");
451 < #endif
452 <                        b = bright(dp->v);
453 <                        if (i > 0) {
454 <                                d = dp[-hp->np].r;
455 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
456 <                                d *= 1.0 - sqrt((double)i/hp->nt);
457 <                                mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
458 <                        }
459 <                        if (j > 0) {
460 <                                d = dp[-1].r;
461 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
462 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[-1].v));
463 <                        } else {
464 <                                d = dp[hp->np-1].r;
465 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
466 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[hp->np-1].v));
467 <                        }
468 <                        dp += hp->np;
442 >        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
443 >        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
444 >        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
445 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
446 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
447 >        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
448 >        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
449 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
450 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
451 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
452 >                        sqrt( rdot_cp );
453 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
454 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
455 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
456 >        for (ii = 3; ii--; )
457 >                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
458 > }
459 >
460 >
461 > /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
462 > static void
463 > compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
464 > {
465 >        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
466 >        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
467 >        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
468 >        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
469 >        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
470 >        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
471 > }
472 >
473 >
474 > /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
475 > static void
476 > comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
477 > {
478 >        FVECT   ncp;
479 >        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
480 >        double  d1, d2, d3, d4;
481 >        double  I3, J3, K3;
482 >        int     i, j;
483 >                                        /* compute intermediate coefficients */
484 >        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
485 >        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
486 >        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
487 >        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
488 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
489 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
490 >        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
491 >        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
492 >                                        /* intermediate matrices */
493 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
494 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
495 >        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
496 >        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
497 >        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
498 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
499 >        d2 = -d1*ftp->I2;
500 >        d1 *= 2.0;
501 >        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
502 >            for (j = 3; j--; ) {
503 >                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
504 >                                                2.0*J3*m4[i][j] );
505 >                hess[i][j] += d2*(i==j);
506 >                hess[i][j] *= -1.0/PI;
507 >            }
508 > }
509 >
510 >
511 > /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
512 > static void
513 > rev_hessian(FVECT hess[3])
514 > {
515 >        int     i;
516 >
517 >        for (i = 3; i--; ) {
518 >                hess[i][0] = -hess[i][0];
519 >                hess[i][1] = -hess[i][1];
520 >                hess[i][2] = -hess[i][2];
521 >        }
522 > }
523 >
524 >
525 > /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
526 > static void
527 > add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
528 >                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
529 > {
530 >        int     i, j;
531 >
532 >        for (i = 3; i--; )
533 >            for (j = 3; j--; )
534 >                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
535 > }
536 >
537 >
538 > /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
539 > static void
540 > comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
541 > {
542 >        FVECT   ncp;
543 >        double  f1;
544 >        int     i;
545 >
546 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
547 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
548 >        for (i = 3; i--; )
549 >                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
550 > }
551 >
552 >
553 > /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
554 > static void
555 > rev_gradient(FVECT grad)
556 > {
557 >        grad[0] = -grad[0];
558 >        grad[1] = -grad[1];
559 >        grad[2] = -grad[2];
560 > }
561 >
562 >
563 > /* Add to displacement gradient from the given triangle */
564 > static void
565 > add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
566 > {
567 >        int     i;
568 >
569 >        for (i = 3; i--; )
570 >                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
571 > }
572 >
573 >
574 > /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
575 > static void
576 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
577 > {
578 >        double  hess2[2][2];
579 >        FVECT   a, b;
580 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
581 >        int     i;
582 >                                        /* project Hessian to sample plane */
583 >        for (i = 3; i--; ) {
584 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
585 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
586 >        }
587 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
588 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
589 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
590 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
591 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
592 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
593 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
594 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
595 >                evalue[1] = evalue[0];
596 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
597 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
598 >                ra[0] = ra[1] = maxarad;
599 >                return;
600 >        }
601 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
602 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
603 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
604 >                slope1 = evalue[1];
605 >        } else {
606 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
607 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
608 >                slope1 = evalue[0];
609 >        }
610 >                                        /* compute unit eigenvectors */
611 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
612 >                return;                 /* uv OK as is */
613 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
614 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
615 >        for (i = 3; i--; ) {
616 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
617 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
618 >        }
619 >        VCOPY(uv[0], a);
620 >        VCOPY(uv[1], b);
621 > }
622 >
623 >
624 > static void
625 > ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
626 >        AMBHEMI *hp,
627 >        FVECT   uv[2],                  /* returned */
628 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
629 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
630 > )
631 > {
632 >        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
633 >        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
634 >        FVECT           *gradrow = NULL;
635 >        FVECT           hessian[3];
636 >        FVECT           gradient;
637 >        FFTRI           fftr;
638 >        int             i, j;
639 >                                        /* be sure to assign unit vectors */
640 >        VCOPY(uv[0], hp->ux);
641 >        VCOPY(uv[1], hp->uy);
642 >                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
643 >        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
644 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
645 >                if (hessrow == NULL)
646 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
647 >                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
648 >        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
649 >                return;
650 >        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
651 >                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
652 >                if (gradrow == NULL)
653 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
654 >                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
655 >        }
656 >                                        /* compute first row of edges */
657 >        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
658 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
659 >                if (hessrow != NULL)
660 >                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->onrm);
661 >                if (gradrow != NULL)
662 >                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->onrm);
663 >        }
664 >                                        /* sum each row of triangles */
665 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
666 >            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
667 >            FVECT       gradcol;
668 >            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
669 >            if (hessrow != NULL)
670 >                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->onrm);
671 >            if (gradrow != NULL)
672 >                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->onrm);
673 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
674 >                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
675 >                FVECT   graddia;
676 >                double  backg;
677 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
678 >                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
679 >                                        /* diagonal (inner) edge */
680 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
681 >                if (hessrow != NULL) {
682 >                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->onrm);
683 >                    rev_hessian(hesscol);
684 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
685                  }
686 <                if (hp->nt > 1) {
687 <                        mag0 /= (double)hp->np;
688 <                        mag1 /= (double)hp->nt;
686 >                if (gradrow != NULL) {
687 >                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->onrm);
688 >                    rev_gradient(gradcol);
689 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
690                  }
691 <                phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
692 <                cosp = cos(phi); sinp = sin(phi);
693 <                xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
694 <                yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
691 >                                        /* initialize edge in next row */
692 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
693 >                if (hessrow != NULL)
694 >                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->onrm);
695 >                if (gradrow != NULL)
696 >                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->onrm);
697 >                                        /* new column edge & paired triangle */
698 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
699 >                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
700 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
701 >                if (hessrow != NULL) {
702 >                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->onrm);
703 >                    rev_hessian(hessdia);
704 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
705 >                    if (i < hp->ns-2)
706 >                        rev_hessian(hessrow[j]);
707 >                }
708 >                if (gradrow != NULL) {
709 >                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->onrm);
710 >                    rev_gradient(graddia);
711 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
712 >                    if (i < hp->ns-2)
713 >                        rev_gradient(gradrow[j]);
714 >                }
715 >            }
716          }
717 <        for (i = 0; i < 3; i++)
718 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/PI;
717 >                                        /* release row buffers */
718 >        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
719 >        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
720 >        
721 >        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
722 >                eigenvectors(uv, ra, hessian);
723 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
724 >                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
725 >                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
726 >        }
727   }
728  
729  
730 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
731 < FVECT  gv;
732 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
361 < AMBHEMI  *hp;
730 > /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
731 > static void
732 > ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
733   {
734 <        register int  i, j;
735 <        double  mag;
736 <        double  phi, xd, yd;
737 <        register AMBSAMP  *dp;
734 >        AMBSAMP *ap;
735 >        double  dgsum[2];
736 >        int     n;
737 >        FVECT   vd;
738 >        double  gfact;
739  
740 <        xd = yd = 0.0;
741 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
742 <                dp = da + j;
743 <                mag = 0.0;
744 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
745 < #ifdef  DEBUG
746 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
747 <                                error(CONSISTENCY,
748 <                                        "division order in dirgradient");
749 < #endif
750 <                        mag += sqrt((i+.5)/hp->nt)*bright(dp->v);
751 <                        dp += hp->np;
740 >        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
741 >        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
742 >                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
743 >                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
744 >                                        /* brightness over cosine factor */
745 >                gfact = ap->v[0] / DOT(hp->onrm, vd);
746 >                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
747 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
748 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
749 >        }
750 >        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
751 >        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
752 > }
753 >
754 >
755 > /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
756 > static uint32
757 > ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
758 > {
759 >        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
760 >        const double    ang_res = 0.5*PI/hp->ns;
761 >        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + 1.01);
762 >        double          avg_d = 0;
763 >        uint32          flgs = 0;
764 >        FVECT           vec;
765 >        double          u, v;
766 >        double          ang, a1;
767 >        int             i, j;
768 >                                        /* don't bother for a few samples */
769 >        if (hp->ns < 8)
770 >                return(0);
771 >                                        /* check distances overhead */
772 >        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
773 >            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
774 >                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
775 >        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
776 >        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
777 >                return(0);
778 >        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
779 >                return(0);
780 >                                        /* else circle around perimeter */
781 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
782 >            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
783 >                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
784 >                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
785 >                        continue;       /* too far or too near */
786 >                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
787 >                u = DOT(vec, uv[0]);
788 >                v = DOT(vec, uv[1]);
789 >                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
790 >                        continue;       /* occluder outside ellipse */
791 >                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
792 >                for (a1 = ang-ang_res; a1 <= ang+ang_res; a1 += ang_step)
793 >                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
794 >            }
795 >        return(flgs);
796 > }
797 >
798 >
799 > int
800 > doambient(                              /* compute ambient component */
801 >        SCOLOR  rcol,                   /* input/output color */
802 >        RAY     *r,
803 >        double  wt,                     /* negative for back side */
804 >        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
805 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
806 >        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
807 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
808 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
809 > )
810 > {
811 >        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
812 >        FVECT   my_uv[2];
813 >        double  d, K;
814 >        AMBSAMP *ap;
815 >        int     i;
816 >                                        /* clear return values */
817 >        if (uv != NULL)
818 >                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
819 >        if (ra != NULL)
820 >                ra[0] = ra[1] = 0.0;
821 >        if (pg != NULL)
822 >                pg[0] = pg[1] = 0.0;
823 >        if (dg != NULL)
824 >                dg[0] = dg[1] = 0.0;
825 >        if (crlp != NULL)
826 >                *crlp = 0;
827 >        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
828 >                return(0);
829 >
830 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
831 >                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < MINADIV)) {
832 >                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
833 >                return(-1);             /* value-only return value */
834 >        }
835 >        if ((d = scolor_mean(rcol)) > FTINY) {
836 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;     /* normalize avg. values */
837 >                K = 0.01;
838 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
839 >                K = 1.0;
840 >                pg = NULL;
841 >                dg = NULL;
842 >                crlp = NULL;
843 >        }
844 >        ap = hp->sa;                    /* single channel from here on... */
845 >        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
846 >                ap->v[0] = scolor_mean(ap->v)*d + K;
847 >
848 >        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
849 >                uv = my_uv;
850 >                                        /* compute radii & pos. gradient */
851 >        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
852 >
853 >        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
854 >                ambdirgrad(hp, uv, dg);
855 >
856 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
857 >                if (pg != NULL) {
858 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
859 >                                ra[0] = 1.0/d;
860 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
861 >                                ra[1] = 1.0/d;
862 >                        if (ra[0] > ra[1])
863 >                                ra[0] = ra[1];
864                  }
865 <                phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
866 <                xd += mag * cos(phi);
867 <                yd += mag * sin(phi);
865 >                if (ra[0] < minarad) {
866 >                        ra[0] = minarad;
867 >                        if (ra[1] < minarad)
868 >                                ra[1] = minarad;
869 >                }
870 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(fabs(wt));
871 >                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
872 >                        ra[1] = 2.0*ra[0];
873 >                if (ra[1] > maxarad) {
874 >                        ra[1] = maxarad;
875 >                        if (ra[0] > maxarad)
876 >                                ra[0] = maxarad;
877 >                }
878 >                                        /* flag encroached directions */
879 >                if (crlp != NULL)       /* XXX doesn't update with changes to ambacc */
880 >                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
881 >                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
882 >                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
883 >                        if (d > 1.0) {
884 >                                d = 1.0/sqrt(d);
885 >                                pg[0] *= d;
886 >                                pg[1] *= d;
887 >                        }
888 >                }
889          }
890 <        for (i = 0; i < 3; i++)
891 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*PI/(hp->nt*hp->np);
890 >        free(hp);                       /* clean up and return */
891 >        return(1);
892   }

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