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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.26 by greg, Wed Apr 16 20:32:00 2014 UTC vs.
Revision 2.84 by greg, Tue Feb 26 00:37:54 2019 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  
# Line 13 | Line 21 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
21   #include  "ambient.h"
22   #include  "random.h"
23  
24 < #ifdef NEWAMB
24 > #ifndef OLDAMB
25  
26   extern void             SDsquare2disk(double ds[2], double seedx, double seedy);
27  
28   typedef struct {
29 +        COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
30 +        float   d;              /* reciprocal distance */
31 +        FVECT   p;              /* intersection point */
32 + } AMBSAMP;              /* sample value */
33 +
34 + typedef struct {
35          RAY     *rp;            /* originating ray sample */
22        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis directions */
36          int     ns;             /* number of samples per axis */
37 +        int     sampOK;         /* acquired full sample set? */
38          COLOR   acoef;          /* division contribution coefficient */
39 <        struct s_ambsamp {
40 <                COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
41 <                float   p[3];           /* intersection point */
28 <        } sa[1];                /* sample array (extends struct) */
39 >        double  acol[3];        /* accumulated color */
40 >        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis unit vectors */
41 >        AMBSAMP sa[1];          /* sample array (extends struct) */
42   }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
43  
44 < #define ambsamp(h,i,j)  (h)->sa[(i)*(h)->ns + (j)]
44 > #define AI(h,i,j)       ((i)*(h)->ns + (j))
45 > #define ambsam(h,i,j)   (h)->sa[AI(h,i,j)]
46  
47 + typedef struct {
48 +        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rcp, rI2_eJ2;
49 +        double  I1, I2;
50 + } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
51  
52 < static AMBHEMI *
53 < inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
54 <        COLOR   ac,
55 <        RAY     *r,
56 <        double  wt
52 >
53 > static int
54 > ambcollision(                           /* proposed direciton collides? */
55 >        AMBHEMI *hp,
56 >        int     i,
57 >        int     j,
58 >        FVECT   dv
59   )
60   {
61 <        AMBHEMI *hp;
62 <        double  d;
63 <        int     n, i;
64 <                                        /* set number of divisions */
65 <        if (ambacc <= FTINY &&
66 <                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
67 <                wt = d;                 /* avoid ray termination */
68 <        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
69 <        i = 1 + 4*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
70 <        if (n < i)
71 <                n = i;
72 <                                        /* allocate sampling array */
73 <        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) +
74 <                                sizeof(struct s_ambsamp)*(n*n - 1));
75 <        if (hp == NULL)
76 <                return(NULL);
77 <        hp->rp = r;
78 <        hp->ns = n;
79 <                                        /* assign coefficient */
80 <        copycolor(hp->acoef, ac);
81 <        d = 1.0/(n*n);
82 <        scalecolor(hp->acoef, d);
83 <                                        /* make tangent axes */
84 <        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
85 <        for (i = 0; i < 3; i++)
86 <                if (r->rn[i] < 0.6 && r->rn[i] > -0.6)
67 <                        break;
68 <        if (i >= 3)
69 <                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi()");
70 <        hp->uy[i] = 1.0;
71 <        VCROSS(hp->ux, hp->uy, r->rn);
72 <        normalize(hp->ux);
73 <        VCROSS(hp->uy, r->rn, hp->ux);
74 <                                        /* we're ready to sample */
75 <        return(hp);
61 >        double  cos_thresh;
62 >        int     ii, jj;
63 >                                        /* min. spacing = 1/4th division */
64 >        cos_thresh = (PI/4.)/(double)hp->ns;
65 >        cos_thresh = 1. - .5*cos_thresh*cos_thresh;
66 >                                        /* check existing neighbors */
67 >        for (ii = i-1; ii <= i+1; ii++) {
68 >                if (ii < 0) continue;
69 >                if (ii >= hp->ns) break;
70 >                for (jj = j-1; jj <= j+1; jj++) {
71 >                        AMBSAMP *ap;
72 >                        FVECT   avec;
73 >                        double  dprod;
74 >                        if (jj < 0) continue;
75 >                        if (jj >= hp->ns) break;
76 >                        if ((ii==i) & (jj==j)) continue;
77 >                        ap = &ambsam(hp,ii,jj);
78 >                        if (ap->d <= .5/FHUGE)
79 >                                continue;       /* no one home */
80 >                        VSUB(avec, ap->p, hp->rp->rop);
81 >                        dprod = DOT(avec, dv);
82 >                        if (dprod >= cos_thresh*VLEN(avec))
83 >                                return(1);      /* collision */
84 >                }
85 >        }
86 >        return(0);                      /* nothing to worry about */
87   }
88  
89  
90   static int
91 < ambsample(                              /* sample an ambient direction */
91 > ambsample(                              /* initial ambient division sample */
92          AMBHEMI *hp,
93          int     i,
94          int     j,
95 +        int     n
96   )
97   {
98 <        struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
99 <        RAY                     ar;
100 <        int                     hlist[3];
101 <        double                  spt[2], dz;
102 <        int                     ii;
98 >        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
99 >        RAY     ar;
100 >        int     hlist[3], ii;
101 >        double  spt[2], zd;
102 >                                        /* generate hemispherical sample */
103                                          /* ambient coefficient for weight */
104          if (ambacc > FTINY)
105                  setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
106          else
107                  copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
108 <        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0) {
109 <                setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
98 <                ap->r = 0.;
99 <                return(0);              /* no sample taken */
100 <        }
108 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
109 >                return(0);
110          if (ambacc > FTINY) {
111                  multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
112                  scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
113          }
114 <                                        /* generate hemispherical sample */
115 <        SDsquare2disk(spt, (i+frandom())/hp->ns, (j+frandom())/hp->ns);
114 >        hlist[0] = hp->rp->rno;
115 >        hlist[1] = j;
116 >        hlist[2] = i;
117 >        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
118 > resample:
119 >        SDsquare2disk(spt, (j+spt[1])/hp->ns, (i+spt[0])/hp->ns);
120          zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
121          for (ii = 3; ii--; )
122                  ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
123                                  spt[1]*hp->uy[ii] +
124                                  zd*hp->rp->ron[ii];
125          checknorm(ar.rdir);
126 <        dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
126 >                                        /* avoid coincident samples */
127 >        if (!n && ambcollision(hp, i, j, ar.rdir)) {
128 >                spt[0] = frandom(); spt[1] = frandom();
129 >                goto resample;          /* reject this sample */
130 >        }
131 >        dimlist[ndims++] = AI(hp,i,j) + 90171;
132          rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
133          ndims--;
134 +        zd = raydistance(&ar);
135 +        if (zd <= FTINY)
136 +                return(0);              /* should never happen */
137          multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
138 <        copycolor(ap->v, ar.rcol);
139 <        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
140 <                ar.rt = 20.0*maxarad;
141 <        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
138 >        if (zd*ap->d < 1.0)             /* new/closer distance? */
139 >                ap->d = 1.0/zd;
140 >        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
141 >                if (zd > 10.0*thescene.cusize + 1000.)
142 >                        zd = 10.0*thescene.cusize + 1000.;
143 >                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, zd);
144 >                copycolor(ap->v, ar.rcol);
145 >        } else {                        /* else update recorded value */
146 >                hp->acol[RED] -= colval(ap->v,RED);
147 >                hp->acol[GRN] -= colval(ap->v,GRN);
148 >                hp->acol[BLU] -= colval(ap->v,BLU);
149 >                zd = 1.0/(double)(n+1);
150 >                scalecolor(ar.rcol, zd);
151 >                zd *= (double)n;
152 >                scalecolor(ap->v, zd);
153 >                addcolor(ap->v, ar.rcol);
154 >        }
155 >        addcolor(hp->acol, ap->v);      /* add to our sum */
156          return(1);
157   }
158  
159  
160 + /* Estimate variance based on ambient division differences */
161 + static float *
162 + getambdiffs(AMBHEMI *hp)
163 + {
164 +        const double    normf = 1./bright(hp->acoef);
165 +        float   *earr = (float *)calloc(hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
166 +        float   *ep;
167 +        AMBSAMP *ap;
168 +        double  b, b1, d2;
169 +        int     i, j;
170 +
171 +        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
172 +                return(NULL);
173 +                                        /* sum squared neighbor diffs */
174 +        for (ap = hp->sa, ep = earr, i = 0; i < hp->ns; i++)
175 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
176 +                b = bright(ap[0].v);
177 +                if (i) {                /* from above */
178 +                        b1 = bright(ap[-hp->ns].v);
179 +                        d2 = b - b1;
180 +                        d2 *= d2*normf/(b + b1);
181 +                        ep[0] += d2;
182 +                        ep[-hp->ns] += d2;
183 +                }
184 +                if (!j) continue;
185 +                                        /* from behind */
186 +                b1 = bright(ap[-1].v);
187 +                d2 = b - b1;
188 +                d2 *= d2*normf/(b + b1);
189 +                ep[0] += d2;
190 +                ep[-1] += d2;
191 +                if (!i) continue;
192 +                                        /* diagonal */
193 +                b1 = bright(ap[-hp->ns-1].v);
194 +                d2 = b - b1;
195 +                d2 *= d2*normf/(b + b1);
196 +                ep[0] += d2;
197 +                ep[-hp->ns-1] += d2;
198 +            }
199 +                                        /* correct for number of neighbors */
200 +        earr[0] *= 8./3.;
201 +        earr[hp->ns-1] *= 8./3.;
202 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 8./3.;
203 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./3.;
204 +        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
205 +                earr[i*hp->ns] *= 8./5.;
206 +                earr[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./5.;
207 +        }
208 +        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
209 +                earr[j] *= 8./5.;
210 +                earr[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 8./5.;
211 +        }
212 +        return(earr);
213 + }
214 +
215 +
216 + /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
217   static void
218 + ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
219 + {
220 +        float   *earr = getambdiffs(hp);
221 +        double  e2rem = 0;
222 +        float   *ep;
223 +        int     i, j, n, nss;
224 +
225 +        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
226 +                return;
227 +                                        /* accumulate estimated variances */
228 +        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
229 +                e2rem += *--ep;
230 +        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
231 +        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
232 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++) {
233 +                if (e2rem <= FTINY)
234 +                        goto done;      /* nothing left to do */
235 +                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
236 +                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
237 +                        if (!--cnt) goto done;
238 +                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
239 +        }
240 + done:
241 +        free(earr);
242 + }
243 +
244 +
245 + static AMBHEMI *
246 + samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
247 +        COLOR   rcol,
248 +        RAY     *r,
249 +        double  wt
250 + )
251 + {
252 +        AMBHEMI *hp;
253 +        double  d;
254 +        int     n, i, j;
255 +                                        /* insignificance check */
256 +        if (bright(rcol) <= FTINY)
257 +                return(NULL);
258 +                                        /* set number of divisions */
259 +        if (ambacc <= FTINY &&
260 +                        wt > (d = 0.8*intens(rcol)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
261 +                wt = d;                 /* avoid ray termination */
262 +        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
263 +        i = 1 + 5*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
264 +        if (n < i)
265 +                n = i;
266 +                                        /* allocate sampling array */
267 +        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
268 +        if (hp == NULL)
269 +                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
270 +        hp->rp = r;
271 +        hp->ns = n;
272 +        hp->acol[RED] = hp->acol[GRN] = hp->acol[BLU] = 0.0;
273 +        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
274 +        hp->sampOK = 0;
275 +                                        /* assign coefficient */
276 +        copycolor(hp->acoef, rcol);
277 +        d = 1.0/(n*n);
278 +        scalecolor(hp->acoef, d);
279 +                                        /* make tangent plane axes */
280 +        if (!getperpendicular(hp->ux, r->ron, 1))
281 +                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
282 +        VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
283 +                                        /* sample divisions */
284 +        for (i = hp->ns; i--; )
285 +            for (j = hp->ns; j--; )
286 +                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
287 +        copycolor(rcol, hp->acol);
288 +        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
289 +                free(hp);
290 +                return(NULL);
291 +        }
292 +        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
293 +                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
294 +                return(hp);
295 +        }
296 +        if (hp->sampOK < 64)
297 +                return(hp);             /* insufficient for super-sampling */
298 +        n = ambssamp*wt + 0.5;
299 +        if (n > 8) {                    /* perform super-sampling? */
300 +                ambsupersamp(hp, n);
301 +                copycolor(rcol, hp->acol);
302 +        }
303 +        return(hp);                     /* all is well */
304 + }
305 +
306 +
307 + /* Return brightness of farthest ambient sample */
308 + static double
309 + back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
310 + {
311 +        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
312 +                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
313 +                        return(colval(hp->sa[n1].v,CIEY));
314 +                return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
315 +        }
316 +        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
317 +                return(colval(hp->sa[n2].v,CIEY));
318 +        return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
319 + }
320 +
321 +
322 + /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
323 + static void
324 + comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
325 + {
326 +        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
327 +        int     ii;
328 +
329 +        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
330 +        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
331 +        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
332 +        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
333 +        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
334 +        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
335 +        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
336 +        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
337 +        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
338 +        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
339 +                        sqrt( rdot_cp );
340 +        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
341 +                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
342 +        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
343 +        for (ii = 3; ii--; )
344 +                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
345 + }
346 +
347 +
348 + /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
349 + static void
350 + compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
351 + {
352 +        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
353 +        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
354 +        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
355 +        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
356 +        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
357 +        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
358 + }
359 +
360 +
361 + /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
362 + static void
363 + comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
364 + {
365 +        FVECT   ncp;
366 +        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
367 +        double  d1, d2, d3, d4;
368 +        double  I3, J3, K3;
369 +        int     i, j;
370 +                                        /* compute intermediate coefficients */
371 +        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
372 +        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
373 +        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
374 +        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
375 +        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
376 +                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
377 +        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
378 +        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
379 +                                        /* intermediate matrices */
380 +        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
381 +        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
382 +        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
383 +        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
384 +        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
385 +        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
386 +        d2 = -d1*ftp->I2;
387 +        d1 *= 2.0;
388 +        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
389 +            for (j = 3; j--; ) {
390 +                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
391 +                                                2.0*J3*m4[i][j] );
392 +                hess[i][j] += d2*(i==j);
393 +                hess[i][j] *= -1.0/PI;
394 +            }
395 + }
396 +
397 +
398 + /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
399 + static void
400 + rev_hessian(FVECT hess[3])
401 + {
402 +        int     i;
403 +
404 +        for (i = 3; i--; ) {
405 +                hess[i][0] = -hess[i][0];
406 +                hess[i][1] = -hess[i][1];
407 +                hess[i][2] = -hess[i][2];
408 +        }
409 + }
410 +
411 +
412 + /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
413 + static void
414 + add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
415 +                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
416 + {
417 +        int     i, j;
418 +
419 +        for (i = 3; i--; )
420 +            for (j = 3; j--; )
421 +                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
422 + }
423 +
424 +
425 + /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
426 + static void
427 + comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
428 + {
429 +        FVECT   ncp;
430 +        double  f1;
431 +        int     i;
432 +
433 +        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
434 +        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
435 +        for (i = 3; i--; )
436 +                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
437 + }
438 +
439 +
440 + /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
441 + static void
442 + rev_gradient(FVECT grad)
443 + {
444 +        grad[0] = -grad[0];
445 +        grad[1] = -grad[1];
446 +        grad[2] = -grad[2];
447 + }
448 +
449 +
450 + /* Add to displacement gradient from the given triangle */
451 + static void
452 + add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
453 + {
454 +        int     i;
455 +
456 +        for (i = 3; i--; )
457 +                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
458 + }
459 +
460 +
461 + /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
462 + static void
463 + eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
464 + {
465 +        double  hess2[2][2];
466 +        FVECT   a, b;
467 +        double  evalue[2], slope1, xmag1;
468 +        int     i;
469 +                                        /* project Hessian to sample plane */
470 +        for (i = 3; i--; ) {
471 +                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
472 +                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
473 +        }
474 +        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
475 +        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
476 +        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
477 +        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
478 +                                        /* compute eigenvalue(s) */
479 +        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
480 +                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
481 +        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
482 +                evalue[1] = evalue[0];
483 +        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
484 +                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
485 +                ra[0] = ra[1] = maxarad;
486 +                return;
487 +        }
488 +        if (evalue[0] > evalue[1]) {
489 +                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
490 +                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
491 +                slope1 = evalue[1];
492 +        } else {
493 +                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
494 +                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
495 +                slope1 = evalue[0];
496 +        }
497 +                                        /* compute unit eigenvectors */
498 +        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
499 +                return;                 /* uv OK as is */
500 +        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
501 +        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
502 +        for (i = 3; i--; ) {
503 +                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
504 +                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
505 +        }
506 +        VCOPY(uv[0], a);
507 +        VCOPY(uv[1], b);
508 + }
509 +
510 +
511 + static void
512   ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
513          AMBHEMI *hp,
514          FVECT   uv[2],                  /* returned */
515 <        float   ra[2],                  /* returned */
516 <        float   pg[2]                   /* returned */
515 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
516 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
517   )
518   {
519 <        if (ra != NULL) {               /* compute Hessian-derived radii */
520 <        } else {                        /* else copy original tangent axes */
521 <                VCOPY(uv[0], hp->ux);
522 <                VCOPY(uv[1], hp->uy);
523 <        }
524 <        if (pg == NULL)                 /* no position gradient requested? */
519 >        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
520 >        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
521 >        FVECT           *gradrow = NULL;
522 >        FVECT           hessian[3];
523 >        FVECT           gradient;
524 >        FFTRI           fftr;
525 >        int             i, j;
526 >                                        /* be sure to assign unit vectors */
527 >        VCOPY(uv[0], hp->ux);
528 >        VCOPY(uv[1], hp->uy);
529 >                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
530 >        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
531 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
532 >                if (hessrow == NULL)
533 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
534 >                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
535 >        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
536                  return;
537 +        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
538 +                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
539 +                if (gradrow == NULL)
540 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
541 +                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
542 +        }
543 +                                        /* compute first row of edges */
544 +        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
545 +                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
546 +                if (hessrow != NULL)
547 +                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
548 +                if (gradrow != NULL)
549 +                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
550 +        }
551 +                                        /* sum each row of triangles */
552 +        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
553 +            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
554 +            FVECT       gradcol;
555 +            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
556 +            if (hessrow != NULL)
557 +                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
558 +            if (gradrow != NULL)
559 +                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
560 +            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
561 +                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
562 +                FVECT   graddia;
563 +                double  backg;
564 +                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
565 +                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
566 +                                        /* diagonal (inner) edge */
567 +                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
568 +                if (hessrow != NULL) {
569 +                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
570 +                    rev_hessian(hesscol);
571 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
572 +                }
573 +                if (gradrow != NULL) {
574 +                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
575 +                    rev_gradient(gradcol);
576 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
577 +                }
578 +                                        /* initialize edge in next row */
579 +                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
580 +                if (hessrow != NULL)
581 +                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
582 +                if (gradrow != NULL)
583 +                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
584 +                                        /* new column edge & paired triangle */
585 +                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
586 +                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
587 +                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
588 +                if (hessrow != NULL) {
589 +                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
590 +                    rev_hessian(hessdia);
591 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
592 +                    if (i < hp->ns-2)
593 +                        rev_hessian(hessrow[j]);
594 +                }
595 +                if (gradrow != NULL) {
596 +                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
597 +                    rev_gradient(graddia);
598 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
599 +                    if (i < hp->ns-2)
600 +                        rev_gradient(gradrow[j]);
601 +                }
602 +            }
603 +        }
604 +                                        /* release row buffers */
605 +        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
606 +        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
607 +        
608 +        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
609 +                eigenvectors(uv, ra, hessian);
610 +        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
611 +                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
612 +                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
613 +        }
614   }
615  
616 +
617 + /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
618 + static void
619 + ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
620 + {
621 +        AMBSAMP *ap;
622 +        double  dgsum[2];
623 +        int     n;
624 +        FVECT   vd;
625 +        double  gfact;
626 +
627 +        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
628 +        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
629 +                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
630 +                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
631 +                                        /* brightness over cosine factor */
632 +                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
633 +                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
634 +                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
635 +                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
636 +        }
637 +        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
638 +        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
639 + }
640 +
641 +
642 + /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
643 + static uint32
644 + ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
645 + {
646 +        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
647 +        const double    ang_res = 0.5*PI/hp->ns;
648 +        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + 1.01);
649 +        double          avg_d = 0;
650 +        uint32          flgs = 0;
651 +        FVECT           vec;
652 +        double          u, v;
653 +        double          ang, a1;
654 +        int             i, j;
655 +                                        /* don't bother for a few samples */
656 +        if (hp->ns < 8)
657 +                return(0);
658 +                                        /* check distances overhead */
659 +        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
660 +            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
661 +                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
662 +        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
663 +        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
664 +                return(0);
665 +        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
666 +                return(0);
667 +                                        /* else circle around perimeter */
668 +        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
669 +            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
670 +                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
671 +                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
672 +                        continue;       /* too far or too near */
673 +                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
674 +                u = DOT(vec, uv[0]);
675 +                v = DOT(vec, uv[1]);
676 +                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
677 +                        continue;       /* occluder outside ellipse */
678 +                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
679 +                for (a1 = ang-ang_res; a1 <= ang+ang_res; a1 += ang_step)
680 +                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
681 +            }
682 +        return(flgs);
683 + }
684 +
685 +
686   int
687   doambient(                              /* compute ambient component */
688          COLOR   rcol,                   /* input/output color */
689          RAY     *r,
690          double  wt,
691 <        FVECT   uv[2],                  /* returned */
692 <        float   ra[2],                  /* returned */
693 <        float   pg[2],                  /* returned */
694 <        float   dg[2]                   /* returned */
691 >        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
692 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
693 >        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
694 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
695 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
696   )
697   {
698 <        int                     cnt = 0;
699 <        FVECT                   my_uv[2];
700 <        AMBHEMI                 *hp;
701 <        double                  d, acol[3];
702 <        struct s_ambsamp        *ap;
703 <        int                     i, j;
159 <                                        /* initialize */
160 <        if ((hp = inithemi(rcol, r, wt)) == NULL)
161 <                return(0);
698 >        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
699 >        FVECT   my_uv[2];
700 >        double  d, K;
701 >        AMBSAMP *ap;
702 >        int     i;
703 >                                        /* clear return values */
704          if (uv != NULL)
705                  memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
706          if (ra != NULL)
# Line 167 | Line 709 | doambient(                             /* compute ambient component */
709                  pg[0] = pg[1] = 0.0;
710          if (dg != NULL)
711                  dg[0] = dg[1] = 0.0;
712 <                                        /* sample the hemisphere */
713 <        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
714 <        for (i = hemi.ns; i--; )
715 <                for (j = hemi.ns; j--; )
716 <                        if (ambsample(hp, i, j)) {
717 <                                ap = &ambsamp(hp,i,j);
718 <                                addcolor(acol, ap->v);
719 <                                ++cnt;
720 <                        }
179 <        if (!cnt) {
180 <                setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
181 <                free(hp);
182 <                return(0);              /* no valid samples */
712 >        if (crlp != NULL)
713 >                *crlp = 0;
714 >        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
715 >                return(0);
716 >
717 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
718 >                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < 6)) {
719 >                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
720 >                return(-1);             /* value-only return value */
721          }
722 <        d = 1.0 / cnt;                  /* final indirect irradiance/PI */
723 <        acol[0] *= d; acol[1] *= d; acol[2] *= d;
724 <        copycolor(rcol, acol);
725 <        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
726 <                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
727 <                free(hp);
728 <                return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
722 >        if ((d = bright(rcol)) > FTINY) {       /* normalize Y values */
723 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;
724 >                K = 0.01;
725 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
726 >                K = 1.0;
727 >                pg = NULL;
728 >                dg = NULL;
729 >                crlp = NULL;
730          }
731 <        d = 0.01 * bright(rcol);        /* add in 1% before Hessian comp. */
193 <        if (d < FTINY) d = FTINY;
194 <        ap = hp->sa;                    /* using Y channel from here on... */
731 >        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
732          for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
733 <                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v) + d;
733 >                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + K;
734  
735          if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
736                  uv = my_uv;
737                                          /* compute radii & pos. gradient */
738          ambHessian(hp, uv, ra, pg);
739 +
740          if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
741                  ambdirgrad(hp, uv, dg);
742 <        if (ra != NULL) {               /* adjust/clamp radii */
743 <                d = pow(wt, -0.25);
744 <                if ((ra[0] *= d) > maxarad)
745 <                        ra[0] = maxarad;
742 >
743 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
744 >                if (pg != NULL) {
745 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
746 >                                ra[0] = 1.0/d;
747 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
748 >                                ra[1] = 1.0/d;
749 >                        if (ra[0] > ra[1])
750 >                                ra[0] = ra[1];
751 >                }
752 >                if (ra[0] < minarad) {
753 >                        ra[0] = minarad;
754 >                        if (ra[1] < minarad)
755 >                                ra[1] = minarad;
756 >                }
757 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(wt);
758                  if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
759                          ra[1] = 2.0*ra[0];
760 +                if (ra[1] > maxarad) {
761 +                        ra[1] = maxarad;
762 +                        if (ra[0] > maxarad)
763 +                                ra[0] = maxarad;
764 +                }
765 +                                        /* flag encroached directions */
766 +                if (crlp != NULL)
767 +                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
768 +                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
769 +                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
770 +                        if (d > 1.0) {
771 +                                d = 1.0/sqrt(d);
772 +                                pg[0] *= d;
773 +                                pg[1] *= d;
774 +                        }
775 +                }
776          }
777          free(hp);                       /* clean up and return */
778          return(1);
# Line 300 | Line 866 | divsample(                             /* sample a division */
866          ndims--;
867          multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
868          addcolor(dp->v, ar.rcol);
869 <                                        /* use rt to improve gradient calc */
870 <        if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
871 <                dp->r += 1.0/ar.rt;
869 >                                        /* use rxt to improve gradient calc */
870 >        if (ar.rxt > FTINY && ar.rxt < FHUGE)
871 >                dp->r += 1.0/ar.rxt;
872                                          /* (re)initialize error */
873          if (dp->n++) {
874                  b2 = bright(dp->v)/dp->n - bright(ar.rcol);

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