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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.24 by greg, Wed Aug 7 05:10:09 2013 UTC vs.
Revision 2.93 by greg, Tue Apr 16 23:32:20 2024 UTC

# Line 4 | Line 4 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
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 "copyright.h"
19  
20   #include  "ray.h"
13
21   #include  "ambient.h"
15
22   #include  "random.h"
23  
24 + #ifndef MINADIV
25 + #define MINADIV         7       /* minimum # divisions in each dimension */
26 + #endif
27  
28 < void
29 < inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
30 <        AMBHEMI  *hp,
31 <        COLOR ac,
32 <        RAY  *r,
33 <        double  wt
28 > typedef struct {
29 >        FVECT   p;              /* intersection point */
30 >        float   d;              /* reciprocal distance */
31 >        SCOLOR  v;              /* hemisphere sample value */
32 > } AMBSAMP;              /* sample value */
33 >
34 > typedef struct {
35 >        RAY     *rp;            /* originating ray sample */
36 >        int     ns;             /* number of samples per axis */
37 >        int     sampOK;         /* acquired full sample set? */
38 >        int     atyp;           /* RAMBIENT or TAMBIENT */
39 >        SCOLOR  acoef;          /* division contribution coefficient */
40 >        SCOLOR  acol;           /* accumulated color */
41 >        FVECT   onrm;           /* oriented unperturbed surface normal */
42 >        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis unit vectors */
43 >        AMBSAMP sa[1];          /* sample array (extends struct) */
44 > }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
45 >
46 > #define AI(h,i,j)       ((i)*(h)->ns + (j))
47 > #define ambsam(h,i,j)   (h)->sa[AI(h,i,j)]
48 >
49 > typedef struct {
50 >        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rcp, rI2_eJ2;
51 >        double  I1, I2;
52 > } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
53 >
54 >
55 > static int
56 > ambcollision(                           /* proposed direciton collides? */
57 >        AMBHEMI *hp,
58 >        int     i,
59 >        int     j,
60 >        FVECT   dv
61   )
62   {
63 <        double  d;
64 <        int  i;
65 <                                        /* set number of divisions */
66 <        if (ambacc <= FTINY &&
67 <                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
68 <                wt = d;                 /* avoid ray termination */
69 <        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
70 <        i = ambacc > FTINY ? 3 : 1;     /* minimum number of samples */
71 <        if (hp->nt < i)
72 <                hp->nt = i;
73 <        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
74 <                                        /* set number of super-samples */
75 <        hp->ns = ambssamp * wt + 0.5;
76 <                                        /* assign coefficient */
77 <        copycolor(hp->acoef, ac);
78 <        d = 1.0/(hp->nt*hp->np);
79 <        scalecolor(hp->acoef, d);
80 <                                        /* make axes */
81 <        VCOPY(hp->uz, r->ron);
82 <        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
83 <        for (i = 0; i < 3; i++)
84 <                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
85 <                        break;
86 <        if (i >= 3)
87 <                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
88 <        hp->uy[i] = 1.0;
53 <        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
54 <        normalize(hp->ux);
55 <        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
63 >        double  cos_thresh;
64 >        int     ii, jj;
65 >                                        /* min. spacing = 1/4th division */
66 >        cos_thresh = (PI/4.)/(double)hp->ns;
67 >        cos_thresh = 1. - .5*cos_thresh*cos_thresh;
68 >                                        /* check existing neighbors */
69 >        for (ii = i-1; ii <= i+1; ii++) {
70 >                if (ii < 0) continue;
71 >                if (ii >= hp->ns) break;
72 >                for (jj = j-1; jj <= j+1; jj++) {
73 >                        AMBSAMP *ap;
74 >                        FVECT   avec;
75 >                        double  dprod;
76 >                        if (jj < 0) continue;
77 >                        if (jj >= hp->ns) break;
78 >                        if ((ii==i) & (jj==j)) continue;
79 >                        ap = &ambsam(hp,ii,jj);
80 >                        if (ap->d <= .5/FHUGE)
81 >                                continue;       /* no one home */
82 >                        VSUB(avec, ap->p, hp->rp->rop);
83 >                        dprod = DOT(avec, dv);
84 >                        if (dprod >= cos_thresh*VLEN(avec))
85 >                                return(1);      /* collision */
86 >                }
87 >        }
88 >        return(0);                      /* nothing to worry about */
89   }
90  
91  
92 < int
93 < divsample(                              /* sample a division */
94 <        AMBSAMP  *dp,
95 <        AMBHEMI  *h,
96 <        RAY  *r
92 > static int
93 > ambsample(                              /* initial ambient division sample */
94 >        AMBHEMI *hp,
95 >        int     i,
96 >        int     j,
97 >        int     n
98   )
99   {
100 <        RAY  ar;
101 <        int  hlist[3];
102 <        double  spt[2];
103 <        double  xd, yd, zd;
104 <        double  b2;
105 <        double  phi;
72 <        int  i;
100 >        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
101 >        RAY     ar;
102 >        int     hlist[3], ii;
103 >        RREAL   spt[2];
104 >        double  zd;
105 >                                        /* generate hemispherical sample */
106                                          /* ambient coefficient for weight */
107          if (ambacc > FTINY)
108 <                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
108 >                setscolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
109          else
110 <                copycolor(ar.rcoef, h->acoef);
111 <        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, r, ar.rcoef) < 0)
112 <                return(-1);
110 >                copyscolor(ar.rcoef, hp->acoef);
111 >        if (rayorigin(&ar, hp->atyp, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
112 >                return(0);
113          if (ambacc > FTINY) {
114 <                multcolor(ar.rcoef, h->acoef);
115 <                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
114 >                smultscolor(ar.rcoef, hp->acoef);
115 >                scalescolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
116          }
117 <        hlist[0] = r->rno;
118 <        hlist[1] = dp->t;
119 <        hlist[2] = dp->p;
120 <        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n));
121 <        zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
122 <        phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
123 <        xd = tcos(phi) * zd;
124 <        yd = tsin(phi) * zd;
125 <        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
126 <        for (i = 0; i < 3; i++)
127 <                ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
95 <                                yd*h->uy[i] +
96 <                                zd*h->uz[i];
117 >        hlist[0] = hp->rp->rno;
118 >        hlist[1] = j;
119 >        hlist[2] = i;
120 >        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
121 > resample:
122 >        square2disk(spt, (j+spt[1])/hp->ns, (i+spt[0])/hp->ns);
123 >        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
124 >        for (ii = 3; ii--; )
125 >                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
126 >                                spt[1]*hp->uy[ii] +
127 >                                zd*hp->onrm[ii];
128          checknorm(ar.rdir);
129 <        dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
130 <        rayvalue(&ar);
129 >                                        /* avoid coincident samples */
130 >        if (!n && ambcollision(hp, i, j, ar.rdir)) {
131 >                spt[0] = frandom(); spt[1] = frandom();
132 >                goto resample;          /* reject this sample */
133 >        }
134 >        dimlist[ndims++] = AI(hp,i,j) + 90171;
135 >        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
136          ndims--;
137 <        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
138 <        addcolor(dp->v, ar.rcol);
139 <                                        /* use rt to improve gradient calc */
140 <        if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
141 <                dp->r += 1.0/ar.rt;
142 <                                        /* (re)initialize error */
143 <        if (dp->n++) {
144 <                b2 = bright(dp->v)/dp->n - bright(ar.rcol);
145 <                b2 = b2*b2 + dp->k*((dp->n-1)*(dp->n-1));
146 <                dp->k = b2/(dp->n*dp->n);
147 <        } else
148 <                dp->k = 0.0;
149 <        return(0);
137 >        zd = raydistance(&ar);
138 >        if (zd <= FTINY)
139 >                return(0);              /* should never happen */
140 >        smultscolor(ar.rcol, ar.rcoef); /* apply coefficient */
141 >        if (zd*ap->d < 1.0)             /* new/closer distance? */
142 >                ap->d = 1.0/zd;
143 >        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
144 >                if (zd > 10.0*thescene.cusize + 1000.)
145 >                        zd = 10.0*thescene.cusize + 1000.;
146 >                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, zd);
147 >                copyscolor(ap->v, ar.rcol);
148 >        } else {                        /* else update recorded value */
149 >                sopscolor(hp->acol, -=, ap->v);
150 >                zd = 1.0/(double)(n+1);
151 >                scalescolor(ar.rcol, zd);
152 >                zd *= (double)n;
153 >                scalescolor(ap->v, zd);
154 >                saddscolor(ap->v, ar.rcol);
155 >        }
156 >        saddscolor(hp->acol, ap->v);    /* add to our sum */
157 >        return(1);
158   }
159  
160  
161 < static int
162 < ambcmp(                                 /* decreasing order */
163 <        const void *p1,
120 <        const void *p2
121 < )
161 > /* Estimate variance based on ambient division differences */
162 > static float *
163 > getambdiffs(AMBHEMI *hp)
164   {
165 <        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
166 <        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
165 >        const double    normf = 1./(pbright(hp->acoef) + FTINY);
166 >        float   *earr = (float *)calloc(hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
167 >        float   *ep, *earr2;
168 >        AMBSAMP *ap;
169 >        double  b, b1, d2;
170 >        int     i, j;
171  
172 <        if (d1->k < d2->k)
173 <                return(1);
174 <        if (d1->k > d2->k)
175 <                return(-1);
176 <        return(0);
172 >        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
173 >                return(NULL);
174 >                                        /* sum squared neighbor diffs */
175 >        for (ap = hp->sa, ep = earr, i = 0; i < hp->ns; i++)
176 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
177 >                b = pbright(ap[0].v);
178 >                if (i) {                /* from above */
179 >                        b1 = pbright(ap[-hp->ns].v);
180 >                        d2 = b - b1;
181 >                        d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
182 >                        ep[0] += d2;
183 >                        ep[-hp->ns] += d2;
184 >                }
185 >                if (!j) continue;
186 >                                        /* from behind */
187 >                b1 = pbright(ap[-1].v);
188 >                d2 = b - b1;
189 >                d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
190 >                ep[0] += d2;
191 >                ep[-1] += d2;
192 >                if (!i) continue;
193 >                                        /* diagonal */
194 >                b1 = pbright(ap[-hp->ns-1].v);
195 >                d2 = b - b1;
196 >                d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
197 >                ep[0] += d2;
198 >                ep[-hp->ns-1] += d2;
199 >            }
200 >                                        /* correct for number of neighbors */
201 >        earr[0] *= 6./3.;
202 >        earr[hp->ns-1] *= 6./3.;
203 >        earr[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 6./3.;
204 >        earr[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 6./3.;
205 >        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
206 >                earr[i*hp->ns] *= 6./5.;
207 >                earr[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 6./5.;
208 >        }
209 >        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
210 >                earr[j] *= 6./5.;
211 >                earr[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 6./5.;
212 >        }
213 >                                        /* preen map to avoid cliffs */
214 >        earr2 = (float *)malloc(hp->ns*hp->ns*sizeof(float));
215 >        if (earr2 == NULL)
216 >                return(earr);
217 >        memcpy(earr2, earr, hp->ns*hp->ns*sizeof(float));
218 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
219 >            float  *ep2 = earr2 + i*hp->ns;
220 >            ep = earr + i*hp->ns;
221 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++, ep2++, ep++) {
222 >                if (ep2[1] < .5*ep2[0]) {
223 >                        ep[0] -= .125*ep2[0];
224 >                        ep[1] += .125*ep2[0];
225 >                } else if (ep2[1] > 2.*ep2[0]) {
226 >                        ep[1] -= .125*ep2[1];
227 >                        ep[0] += .125*ep2[1];
228 >                }
229 >                if (ep2[hp->ns] < .5*ep2[0]) {
230 >                        ep[0] -= .125*ep2[0];
231 >                        ep[hp->ns] += .125*ep2[0];
232 >                } else if (ep2[hp->ns] > 2.*ep2[0]) {
233 >                        ep[hp->ns] -= .125*ep2[hp->ns];
234 >                        ep[0] += .125*ep2[hp->ns];
235 >                }
236 >            }
237 >        }
238 >        free(earr2);
239 >        return(earr);
240   }
241  
242  
243 < static int
244 < ambnorm(                                /* standard order */
245 <        const void *p1,
137 <        const void *p2
138 < )
243 > /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
244 > static void
245 > ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
246   {
247 <        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
248 <        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
249 <        int     c;
247 >        float   *earr = getambdiffs(hp);
248 >        double  e2rem = 0;
249 >        float   *ep;
250 >        int     i, j, n, nss;
251  
252 <        if ( (c = d1->t - d2->t) )
253 <                return(c);
254 <        return(d1->p - d2->p);
252 >        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
253 >                return;
254 >                                        /* accumulate estimated variances */
255 >        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
256 >                e2rem += *--ep;
257 >        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
258 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
259 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++) {
260 >                if (e2rem <= FTINY)
261 >                        goto done;      /* nothing left to do */
262 >                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
263 >                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
264 >                        if (!--cnt) goto done;
265 >                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
266 >        }
267 > done:
268 >        free(earr);
269   }
270  
271  
272 < double
273 < doambient(                              /* compute ambient component */
274 <        COLOR  rcol,
275 <        RAY  *r,
276 <        double  wt,
155 <        FVECT  pg,
156 <        FVECT  dg
272 > static AMBHEMI *
273 > samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
274 >        SCOLOR  rcol,
275 >        RAY     *r,
276 >        double  wt
277   )
278   {
279 <        double  b, d=0;
280 <        AMBHEMI  hemi;
281 <        AMBSAMP  *div;
282 <        AMBSAMP  dnew;
283 <        double  acol[3];
284 <        AMBSAMP  *dp;
285 <        double  arad;
286 <        int  divcnt;
287 <        int  i, j;
288 <                                        /* initialize hemisphere */
289 <        inithemi(&hemi, rcol, r, wt);
290 <        divcnt = hemi.nt * hemi.np;
291 <                                        /* initialize */
292 <        if (pg != NULL)
293 <                pg[0] = pg[1] = pg[2] = 0.0;
294 <        if (dg != NULL)
295 <                dg[0] = dg[1] = dg[2] = 0.0;
296 <        setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
297 <        if (divcnt == 0)
298 <                return(0.0);
299 <                                        /* allocate super-samples */
300 <        if (hemi.ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
301 <                div = (AMBSAMP *)malloc(divcnt*sizeof(AMBSAMP));
302 <                if (div == NULL)
303 <                        error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
304 <        } else
305 <                div = NULL;
306 <                                        /* sample the divisions */
307 <        arad = 0.0;
308 <        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
189 <        if ((dp = div) == NULL)
190 <                dp = &dnew;
191 <        divcnt = 0;
192 <        for (i = 0; i < hemi.nt; i++)
193 <                for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
194 <                        dp->t = i; dp->p = j;
195 <                        setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
196 <                        dp->r = 0.0;
197 <                        dp->n = 0;
198 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0) {
199 <                                if (div != NULL)
200 <                                        dp++;
201 <                                continue;
202 <                        }
203 <                        arad += dp->r;
204 <                        divcnt++;
205 <                        if (div != NULL)
206 <                                dp++;
207 <                        else
208 <                                addcolor(acol, dp->v);
209 <                }
210 <        if (!divcnt) {
211 <                if (div != NULL)
212 <                        free((void *)div);
213 <                return(0.0);            /* no samples taken */
279 >        int     backside = (wt < 0);
280 >        AMBHEMI *hp;
281 >        double  d;
282 >        int     n, i, j;
283 >                                        /* insignificance check */
284 >        d = sintens(rcol);
285 >        if (d <= FTINY)
286 >                return(NULL);
287 >                                        /* set number of divisions */
288 >        if (backside) wt = -wt;
289 >        if (ambacc <= FTINY &&
290 >                        wt > (d *= 0.8*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
291 >                wt = d;                 /* avoid ray termination */
292 >        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
293 >        i = 1 + (MINADIV-1)*(ambacc > FTINY);
294 >        if (n < i)                      /* use minimum number of samples? */
295 >                n = i;
296 >                                        /* allocate sampling array */
297 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
298 >        if (hp == NULL)
299 >                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
300 >
301 >        if (backside) {
302 >                hp->atyp = TAMBIENT;
303 >                hp->onrm[0] = -r->ron[0];
304 >                hp->onrm[1] = -r->ron[1];
305 >                hp->onrm[2] = -r->ron[2];
306 >        } else {
307 >                hp->atyp = RAMBIENT;
308 >                VCOPY(hp->onrm, r->ron);
309          }
310 <        if (divcnt < hemi.nt*hemi.np) {
311 <                pg = dg = NULL;         /* incomplete sampling */
312 <                hemi.ns = 0;
313 <        } else if (arad > FTINY && divcnt/arad < minarad) {
314 <                hemi.ns = 0;            /* close enough */
315 <        } else if (hemi.ns > 0) {       /* else perform super-sampling? */
316 <                comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
317 <                qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);    /* sort divs */
318 <                                                /* super-sample */
319 <                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
320 <                        dnew = *div;
321 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0) {
322 <                                dp++;
323 <                                continue;
324 <                        }
325 <                        dp = div;               /* reinsert */
326 <                        j = divcnt < i ? divcnt : i;
327 <                        while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
328 <                                *dp = *(dp+1);
329 <                                dp++;
330 <                        }
236 <                        *dp = dnew;
237 <                }
238 <                if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
239 <                        qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
310 >        hp->rp = r;
311 >        hp->ns = n;
312 >        scolorblack(hp->acol);
313 >        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
314 >        hp->sampOK = 0;
315 >                                        /* assign coefficient */
316 >        copyscolor(hp->acoef, rcol);
317 >        d = 1.0/(n*n);
318 >        scalescolor(hp->acoef, d);
319 >                                        /* make tangent plane axes */
320 >        if (!getperpendicular(hp->ux, hp->onrm, 1))
321 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
322 >        VCROSS(hp->uy, hp->onrm, hp->ux);
323 >                                        /* sample divisions */
324 >        for (i = hp->ns; i--; )
325 >            for (j = hp->ns; j--; )
326 >                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
327 >        copyscolor(rcol, hp->acol);
328 >        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
329 >                free(hp);
330 >                return(NULL);
331          }
332 <                                        /* compute returned values */
333 <        if (div != NULL) {
334 <                arad = 0.0;             /* note: divcnt may be < nt*np */
244 <                for (i = hemi.nt*hemi.np, dp = div; i-- > 0; dp++) {
245 <                        arad += dp->r;
246 <                        if (dp->n > 1) {
247 <                                b = 1.0/dp->n;
248 <                                scalecolor(dp->v, b);
249 <                                dp->r *= b;
250 <                                dp->n = 1;
251 <                        }
252 <                        addcolor(acol, dp->v);
253 <                }
254 <                b = bright(acol);
255 <                if (b > FTINY) {
256 <                        b = 1.0/b;      /* compute & normalize gradient(s) */
257 <                        if (pg != NULL) {
258 <                                posgradient(pg, div, &hemi);
259 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
260 <                                        pg[i] *= b;
261 <                        }
262 <                        if (dg != NULL) {
263 <                                dirgradient(dg, div, &hemi);
264 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
265 <                                        dg[i] *= b;
266 <                        }
267 <                }
268 <                free((void *)div);
332 >        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
333 >                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
334 >                return(hp);
335          }
336 <        copycolor(rcol, acol);
337 <        if (arad <= FTINY)
338 <                arad = maxarad;
339 <        else
340 <                arad = (divcnt+hemi.ns)/arad;
341 <        if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
276 <                d = DOT(pg,pg);
277 <                if (d*arad*arad > 1.0)
278 <                        arad = 1.0/sqrt(d);
336 >        if (hp->sampOK <= MINADIV*MINADIV)
337 >                return(hp);             /* don't bother super-sampling */
338 >        n = ambssamp*wt + 0.5;
339 >        if (n > 8) {                    /* perform super-sampling? */
340 >                ambsupersamp(hp, n);
341 >                copyscolor(rcol, hp->acol);
342          }
343 <        if (arad < minarad) {
344 <                arad = minarad;
345 <                if (pg != NULL && d*arad*arad > 1.0) {  /* cap gradient */
346 <                        d = 1.0/arad/sqrt(d);
347 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
348 <                                pg[i] *= d;
349 <                }
343 >        return(hp);                     /* all is well */
344 > }
345 >
346 >
347 > /* Return brightness of farthest ambient sample */
348 > static double
349 > back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
350 > {
351 >        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
352 >                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
353 >                        return(hp->sa[n1].v[0]);
354 >                return(hp->sa[n3].v[0]);
355          }
356 <        if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
357 <                arad = maxarad;
358 <        return(arad);
356 >        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
357 >                return(hp->sa[n2].v[0]);
358 >        return(hp->sa[n3].v[0]);
359   }
360  
361  
362 < void
363 < comperrs(                       /* compute initial error estimates */
364 <        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
297 <        AMBHEMI  *hp
298 < )
362 > /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
363 > static void
364 > comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
365   {
366 <        double  b, b2;
367 <        int  i, j;
368 <        AMBSAMP  *dp;
369 <                                /* sum differences from neighbors */
370 <        dp = da;
371 <        for (i = 0; i < hp->nt; i++)
372 <                for (j = 0; j < hp->np; j++) {
373 < #ifdef  DEBUG
374 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
375 <                                error(CONSISTENCY,
376 <                                        "division order in comperrs");
377 < #endif
378 <                        b = bright(dp[0].v);
379 <                        if (i > 0) {            /* from above */
380 <                                b2 = bright(dp[-hp->np].v) - b;
381 <                                b2 *= b2 * 0.25;
382 <                                dp[0].k += b2;
383 <                                dp[-hp->np].k += b2;
384 <                        }
385 <                        if (j > 0) {            /* from behind */
386 <                                b2 = bright(dp[-1].v) - b;
387 <                                b2 *= b2 * 0.25;
388 <                                dp[0].k += b2;
389 <                                dp[-1].k += b2;
390 <                        } else {                /* around */
391 <                                b2 = bright(dp[hp->np-1].v) - b;
392 <                                b2 *= b2 * 0.25;
393 <                                dp[0].k += b2;
394 <                                dp[hp->np-1].k += b2;
395 <                        }
396 <                        dp++;
397 <                }
398 <                                /* divide by number of neighbors */
399 <        dp = da;
400 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* top row */
401 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
402 <        if (hp->nt < 2)
366 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
367 >        int     ii;
368 >
369 >        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
370 >        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
371 >        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
372 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
373 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
374 >        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
375 >        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
376 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
377 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
378 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
379 >                        sqrt( rdot_cp );
380 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
381 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
382 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
383 >        for (ii = 3; ii--; )
384 >                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
385 > }
386 >
387 >
388 > /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
389 > static void
390 > compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
391 > {
392 >        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
393 >        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
394 >        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
395 >        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
396 >        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
397 >        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
398 > }
399 >
400 >
401 > /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
402 > static void
403 > comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
404 > {
405 >        FVECT   ncp;
406 >        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
407 >        double  d1, d2, d3, d4;
408 >        double  I3, J3, K3;
409 >        int     i, j;
410 >                                        /* compute intermediate coefficients */
411 >        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
412 >        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
413 >        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
414 >        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
415 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
416 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
417 >        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
418 >        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
419 >                                        /* intermediate matrices */
420 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
421 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
422 >        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
423 >        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
424 >        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
425 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
426 >        d2 = -d1*ftp->I2;
427 >        d1 *= 2.0;
428 >        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
429 >            for (j = 3; j--; ) {
430 >                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
431 >                                                2.0*J3*m4[i][j] );
432 >                hess[i][j] += d2*(i==j);
433 >                hess[i][j] *= -1.0/PI;
434 >            }
435 > }
436 >
437 >
438 > /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
439 > static void
440 > rev_hessian(FVECT hess[3])
441 > {
442 >        int     i;
443 >
444 >        for (i = 3; i--; ) {
445 >                hess[i][0] = -hess[i][0];
446 >                hess[i][1] = -hess[i][1];
447 >                hess[i][2] = -hess[i][2];
448 >        }
449 > }
450 >
451 >
452 > /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
453 > static void
454 > add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
455 >                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
456 > {
457 >        int     i, j;
458 >
459 >        for (i = 3; i--; )
460 >            for (j = 3; j--; )
461 >                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
462 > }
463 >
464 >
465 > /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
466 > static void
467 > comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
468 > {
469 >        FVECT   ncp;
470 >        double  f1;
471 >        int     i;
472 >
473 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
474 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
475 >        for (i = 3; i--; )
476 >                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
477 > }
478 >
479 >
480 > /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
481 > static void
482 > rev_gradient(FVECT grad)
483 > {
484 >        grad[0] = -grad[0];
485 >        grad[1] = -grad[1];
486 >        grad[2] = -grad[2];
487 > }
488 >
489 >
490 > /* Add to displacement gradient from the given triangle */
491 > static void
492 > add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
493 > {
494 >        int     i;
495 >
496 >        for (i = 3; i--; )
497 >                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
498 > }
499 >
500 >
501 > /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
502 > static void
503 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
504 > {
505 >        double  hess2[2][2];
506 >        FVECT   a, b;
507 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
508 >        int     i;
509 >                                        /* project Hessian to sample plane */
510 >        for (i = 3; i--; ) {
511 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
512 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
513 >        }
514 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
515 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
516 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
517 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
518 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
519 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
520 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
521 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
522 >                evalue[1] = evalue[0];
523 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
524 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
525 >                ra[0] = ra[1] = maxarad;
526                  return;
527 <        for (i = 1; i < hp->nt-1; i++)          /* central region */
528 <                for (j = 0; j < hp->np; j++)
529 <                        (dp++)->k *= 0.25;
530 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* bottom row */
531 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
527 >        }
528 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
529 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
530 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
531 >                slope1 = evalue[1];
532 >        } else {
533 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
534 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
535 >                slope1 = evalue[0];
536 >        }
537 >                                        /* compute unit eigenvectors */
538 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
539 >                return;                 /* uv OK as is */
540 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
541 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
542 >        for (i = 3; i--; ) {
543 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
544 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
545 >        }
546 >        VCOPY(uv[0], a);
547 >        VCOPY(uv[1], b);
548   }
549  
550  
551 < void
552 < posgradient(                                    /* compute position gradient */
553 <        FVECT  gv,
554 <        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
555 <        AMBHEMI  *hp
551 > static void
552 > ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
553 >        AMBHEMI *hp,
554 >        FVECT   uv[2],                  /* returned */
555 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
556 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
557   )
558   {
559 <        int  i, j;
560 <        double  nextsine, lastsine, b, d;
561 <        double  mag0, mag1;
562 <        double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
563 <        AMBSAMP  *dp;
564 <
565 <        xd = yd = 0.0;
566 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
567 <                dp = da + j;
568 <                mag0 = mag1 = 0.0;
569 <                lastsine = 0.0;
570 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
571 < #ifdef  DEBUG
572 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
573 <                                error(CONSISTENCY,
574 <                                        "division order in posgradient");
575 < #endif
576 <                        b = bright(dp->v);
577 <                        if (i > 0) {
578 <                                d = dp[-hp->np].r;
579 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
580 <                                                        /* sin(t)*cos(t)^2 */
581 <                                d *= lastsine * (1.0 - (double)i/hp->nt);
582 <                                mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
583 <                        }
584 <                        nextsine = sqrt((double)(i+1)/hp->nt);
585 <                        if (j > 0) {
586 <                                d = dp[-1].r;
587 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
588 <                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
589 <                                                (b - bright(dp[-1].v));
590 <                        } else {
591 <                                d = dp[hp->np-1].r;
592 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
593 <                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
594 <                                                (b - bright(dp[hp->np-1].v));
595 <                        }
596 <                        dp += hp->np;
597 <                        lastsine = nextsine;
559 >        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
560 >        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
561 >        FVECT           *gradrow = NULL;
562 >        FVECT           hessian[3];
563 >        FVECT           gradient;
564 >        FFTRI           fftr;
565 >        int             i, j;
566 >                                        /* be sure to assign unit vectors */
567 >        VCOPY(uv[0], hp->ux);
568 >        VCOPY(uv[1], hp->uy);
569 >                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
570 >        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
571 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
572 >                if (hessrow == NULL)
573 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
574 >                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
575 >        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
576 >                return;
577 >        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
578 >                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
579 >                if (gradrow == NULL)
580 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
581 >                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
582 >        }
583 >                                        /* compute first row of edges */
584 >        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
585 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
586 >                if (hessrow != NULL)
587 >                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->onrm);
588 >                if (gradrow != NULL)
589 >                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->onrm);
590 >        }
591 >                                        /* sum each row of triangles */
592 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
593 >            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
594 >            FVECT       gradcol;
595 >            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
596 >            if (hessrow != NULL)
597 >                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->onrm);
598 >            if (gradrow != NULL)
599 >                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->onrm);
600 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
601 >                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
602 >                FVECT   graddia;
603 >                double  backg;
604 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
605 >                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
606 >                                        /* diagonal (inner) edge */
607 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
608 >                if (hessrow != NULL) {
609 >                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->onrm);
610 >                    rev_hessian(hesscol);
611 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
612                  }
613 <                mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
614 <                phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
615 <                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
616 <                xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
617 <                yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
613 >                if (gradrow != NULL) {
614 >                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->onrm);
615 >                    rev_gradient(gradcol);
616 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
617 >                }
618 >                                        /* initialize edge in next row */
619 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
620 >                if (hessrow != NULL)
621 >                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->onrm);
622 >                if (gradrow != NULL)
623 >                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->onrm);
624 >                                        /* new column edge & paired triangle */
625 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
626 >                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
627 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
628 >                if (hessrow != NULL) {
629 >                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->onrm);
630 >                    rev_hessian(hessdia);
631 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
632 >                    if (i < hp->ns-2)
633 >                        rev_hessian(hessrow[j]);
634 >                }
635 >                if (gradrow != NULL) {
636 >                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->onrm);
637 >                    rev_gradient(graddia);
638 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
639 >                    if (i < hp->ns-2)
640 >                        rev_gradient(gradrow[j]);
641 >                }
642 >            }
643          }
644 <        for (i = 0; i < 3; i++)
645 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*(hp->nt*hp->np)/PI;
644 >                                        /* release row buffers */
645 >        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
646 >        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
647 >        
648 >        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
649 >                eigenvectors(uv, ra, hessian);
650 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
651 >                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
652 >                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
653 >        }
654   }
655  
656  
657 < void
658 < dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
659 <        FVECT  gv,
660 <        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
661 <        AMBHEMI  *hp
657 > /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
658 > static void
659 > ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
660 > {
661 >        AMBSAMP *ap;
662 >        double  dgsum[2];
663 >        int     n;
664 >        FVECT   vd;
665 >        double  gfact;
666 >
667 >        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
668 >        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
669 >                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
670 >                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
671 >                                        /* brightness over cosine factor */
672 >                gfact = ap->v[0] / DOT(hp->onrm, vd);
673 >                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
674 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
675 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
676 >        }
677 >        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
678 >        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
679 > }
680 >
681 >
682 > /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
683 > static uint32
684 > ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
685 > {
686 >        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
687 >        const double    ang_res = 0.5*PI/hp->ns;
688 >        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + 1.01);
689 >        double          avg_d = 0;
690 >        uint32          flgs = 0;
691 >        FVECT           vec;
692 >        double          u, v;
693 >        double          ang, a1;
694 >        int             i, j;
695 >                                        /* don't bother for a few samples */
696 >        if (hp->ns < 8)
697 >                return(0);
698 >                                        /* check distances overhead */
699 >        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
700 >            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
701 >                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
702 >        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
703 >        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
704 >                return(0);
705 >        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
706 >                return(0);
707 >                                        /* else circle around perimeter */
708 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
709 >            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
710 >                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
711 >                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
712 >                        continue;       /* too far or too near */
713 >                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
714 >                u = DOT(vec, uv[0]);
715 >                v = DOT(vec, uv[1]);
716 >                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
717 >                        continue;       /* occluder outside ellipse */
718 >                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
719 >                for (a1 = ang-ang_res; a1 <= ang+ang_res; a1 += ang_step)
720 >                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
721 >            }
722 >        return(flgs);
723 > }
724 >
725 >
726 > int
727 > doambient(                              /* compute ambient component */
728 >        SCOLOR  rcol,                   /* input/output color */
729 >        RAY     *r,
730 >        double  wt,                     /* negative for back side */
731 >        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
732 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
733 >        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
734 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
735 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
736   )
737   {
738 <        int  i, j;
739 <        double  mag;
740 <        double  phi, xd, yd;
741 <        AMBSAMP  *dp;
738 >        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
739 >        FVECT   my_uv[2];
740 >        double  d, K;
741 >        AMBSAMP *ap;
742 >        int     i;
743 >                                        /* clear return values */
744 >        if (uv != NULL)
745 >                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
746 >        if (ra != NULL)
747 >                ra[0] = ra[1] = 0.0;
748 >        if (pg != NULL)
749 >                pg[0] = pg[1] = 0.0;
750 >        if (dg != NULL)
751 >                dg[0] = dg[1] = 0.0;
752 >        if (crlp != NULL)
753 >                *crlp = 0;
754 >        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
755 >                return(0);
756  
757 <        xd = yd = 0.0;
758 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
759 <                dp = da + j;
760 <                mag = 0.0;
761 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
762 < #ifdef  DEBUG
763 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
764 <                                error(CONSISTENCY,
765 <                                        "division order in dirgradient");
766 < #endif
767 <                                                        /* tan(t) */
768 <                        mag += bright(dp->v)/sqrt(hp->nt/(i+.5) - 1.0);
769 <                        dp += hp->np;
757 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
758 >                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < MINADIV)) {
759 >                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
760 >                return(-1);             /* value-only return value */
761 >        }
762 >        if ((d = scolor_mean(rcol)) > FTINY) {
763 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;     /* normalize avg. values */
764 >                K = 0.01;
765 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
766 >                K = 1.0;
767 >                pg = NULL;
768 >                dg = NULL;
769 >                crlp = NULL;
770 >        }
771 >        ap = hp->sa;                    /* single channel from here on... */
772 >        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
773 >                ap->v[0] = scolor_mean(ap->v)*d + K;
774 >
775 >        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
776 >                uv = my_uv;
777 >                                        /* compute radii & pos. gradient */
778 >        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
779 >
780 >        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
781 >                ambdirgrad(hp, uv, dg);
782 >
783 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
784 >                if (pg != NULL) {
785 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
786 >                                ra[0] = 1.0/d;
787 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
788 >                                ra[1] = 1.0/d;
789 >                        if (ra[0] > ra[1])
790 >                                ra[0] = ra[1];
791                  }
792 <                phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
793 <                xd += mag * tcos(phi);
794 <                yd += mag * tsin(phi);
792 >                if (ra[0] < minarad) {
793 >                        ra[0] = minarad;
794 >                        if (ra[1] < minarad)
795 >                                ra[1] = minarad;
796 >                }
797 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(fabs(wt));
798 >                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
799 >                        ra[1] = 2.0*ra[0];
800 >                if (ra[1] > maxarad) {
801 >                        ra[1] = maxarad;
802 >                        if (ra[0] > maxarad)
803 >                                ra[0] = maxarad;
804 >                }
805 >                                        /* flag encroached directions */
806 >                if (crlp != NULL)       /* XXX doesn't update with changes to ambacc */
807 >                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
808 >                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
809 >                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
810 >                        if (d > 1.0) {
811 >                                d = 1.0/sqrt(d);
812 >                                pg[0] *= d;
813 >                                pg[1] *= d;
814 >                        }
815 >                }
816          }
817 <        for (i = 0; i < 3; i++)
818 <                gv[i] = xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i];
817 >        free(hp);                       /* clean up and return */
818 >        return(1);
819   }

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