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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.28 by greg, Sat Apr 19 19:20:47 2014 UTC vs.
Revision 2.80 by greg, Wed Apr 11 17:05:59 2018 UTC

# Line 8 | Line 8 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
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 17 | 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 (1/rt) */
31 +        FVECT   p;              /* intersection point */
32 + } AMBSAMP;              /* sample value */
33 +
34 + typedef struct {
35          RAY     *rp;            /* originating ray sample */
26 –        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis unit vectors */
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 */
32 <        } 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;
49 <        double  nf, I1, I2, J2;
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  
53 + static int
54 + ambcollision(                           /* proposed direciton collides? */
55 +        AMBHEMI *hp,
56 +        int     i,
57 +        int     j,
58 +        FVECT   dv
59 + )
60 + {
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(                              /* initial ambient division sample */
92 +        AMBHEMI *hp,
93 +        int     i,
94 +        int     j,
95 +        int     n
96 + )
97 + {
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 +                return(0);
110 +        if (ambacc > FTINY) {
111 +                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
112 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
113 +        }
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 +                                        /* 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 +        if (ar.rt <= FTINY)
135 +                return(0);              /* should never happen */
136 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
137 +        if (ar.rt*ap->d < 1.0)          /* new/closer distance? */
138 +                ap->d = 1.0/ar.rt;
139 +        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
140 +                if (ar.rt > 10.0*thescene.cusize + 1000.)
141 +                        ar.rt = 10.0*thescene.cusize + 1000.;
142 +                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
143 +                copycolor(ap->v, ar.rcol);
144 +        } else {                        /* else update recorded value */
145 +                hp->acol[RED] -= colval(ap->v,RED);
146 +                hp->acol[GRN] -= colval(ap->v,GRN);
147 +                hp->acol[BLU] -= colval(ap->v,BLU);
148 +                zd = 1.0/(double)(n+1);
149 +                scalecolor(ar.rcol, zd);
150 +                zd *= (double)n;
151 +                scalecolor(ap->v, zd);
152 +                addcolor(ap->v, ar.rcol);
153 +        }
154 +        addcolor(hp->acol, ap->v);      /* add to our sum */
155 +        return(1);
156 + }
157 +
158 +
159 + /* Estimate errors based on ambient division differences */
160 + static float *
161 + getambdiffs(AMBHEMI *hp)
162 + {
163 +        const double    normf = 1./bright(hp->acoef);
164 +        float   *earr = (float *)calloc(hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
165 +        float   *ep;
166 +        AMBSAMP *ap;
167 +        double  b, d2;
168 +        int     i, j;
169 +
170 +        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
171 +                return(NULL);
172 +                                        /* compute squared neighbor diffs */
173 +        for (ap = hp->sa, ep = earr, i = 0; i < hp->ns; i++)
174 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
175 +                b = bright(ap[0].v);
176 +                if (i) {                /* from above */
177 +                        d2 = normf*(b - bright(ap[-hp->ns].v));
178 +                        d2 *= d2;
179 +                        ep[0] += d2;
180 +                        ep[-hp->ns] += d2;
181 +                }
182 +                if (!j) continue;
183 +                                        /* from behind */
184 +                d2 = normf*(b - bright(ap[-1].v));
185 +                d2 *= d2;
186 +                ep[0] += d2;
187 +                ep[-1] += d2;
188 +                if (!i) continue;
189 +                                        /* diagonal */
190 +                d2 = normf*(b - bright(ap[-hp->ns-1].v));
191 +                d2 *= d2;
192 +                ep[0] += d2;
193 +                ep[-hp->ns-1] += d2;
194 +            }
195 +                                        /* correct for number of neighbors */
196 +        earr[0] *= 8./3.;
197 +        earr[hp->ns-1] *= 8./3.;
198 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 8./3.;
199 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./3.;
200 +        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
201 +                earr[i*hp->ns] *= 8./5.;
202 +                earr[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./5.;
203 +        }
204 +        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
205 +                earr[j] *= 8./5.;
206 +                earr[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 8./5.;
207 +        }
208 +        return(earr);
209 + }
210 +
211 +
212 + /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
213 + static void
214 + ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
215 + {
216 +        float   *earr = getambdiffs(hp);
217 +        double  e2rem = 0;
218 +        AMBSAMP *ap;
219 +        float   *ep;
220 +        int     i, j, n, nss;
221 +
222 +        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
223 +                return;
224 +                                        /* accumulate estimated variances */
225 +        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
226 +                e2rem += *--ep;
227 +        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
228 +        for (ap = hp->sa, i = 0; i < hp->ns; i++)
229 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++) {
230 +                if (e2rem <= FTINY)
231 +                        goto done;      /* nothing left to do */
232 +                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
233 +                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
234 +                        if (!--cnt) goto done;
235 +                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
236 +        }
237 + done:
238 +        free(earr);
239 + }
240 +
241 +
242   static AMBHEMI *
243 < inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
244 <        COLOR   ac,
243 > samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
244 >        COLOR   rcol,
245          RAY     *r,
246          double  wt
247   )
248   {
249          AMBHEMI *hp;
250          double  d;
251 <        int     n, i;
251 >        int     n, i, j;
252 >                                        /* insignificance check */
253 >        if (bright(rcol) <= FTINY)
254 >                return(NULL);
255                                          /* set number of divisions */
256          if (ambacc <= FTINY &&
257 <                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
257 >                        wt > (d = 0.8*intens(rcol)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
258                  wt = d;                 /* avoid ray termination */
259          n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
260          i = 1 + 5*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
261          if (n < i)
262                  n = i;
263                                          /* allocate sampling array */
264 <        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) +
63 <                                sizeof(struct s_ambsamp)*(n*n - 1));
264 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
265          if (hp == NULL)
266 <                return(NULL);
266 >                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
267          hp->rp = r;
268          hp->ns = n;
269 +        hp->acol[RED] = hp->acol[GRN] = hp->acol[BLU] = 0.0;
270 +        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
271 +        hp->sampOK = 0;
272                                          /* assign coefficient */
273 <        copycolor(hp->acoef, ac);
273 >        copycolor(hp->acoef, rcol);
274          d = 1.0/(n*n);
275          scalecolor(hp->acoef, d);
276                                          /* make tangent plane axes */
277 <        hp->uy[0] = 0.1 - 0.2*frandom();
278 <        hp->uy[1] = 0.1 - 0.2*frandom();
75 <        hp->uy[2] = 0.1 - 0.2*frandom();
76 <        for (i = 0; i < 3; i++)
77 <                if (r->ron[i] < 0.6 && r->ron[i] > -0.6)
78 <                        break;
79 <        if (i >= 3)
80 <                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi()");
81 <        hp->uy[i] = 1.0;
82 <        VCROSS(hp->ux, hp->uy, r->ron);
83 <        normalize(hp->ux);
277 >        if (!getperpendicular(hp->ux, r->ron, 1))
278 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
279          VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
280 <                                        /* we're ready to sample */
281 <        return(hp);
280 >                                        /* sample divisions */
281 >        for (i = hp->ns; i--; )
282 >            for (j = hp->ns; j--; )
283 >                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
284 >        copycolor(rcol, hp->acol);
285 >        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
286 >                free(hp);
287 >                return(NULL);
288 >        }
289 >        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
290 >                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
291 >                return(hp);
292 >        }
293 >        n = ambssamp*wt + 0.5;
294 >        if (n > 8) {                    /* perform super-sampling? */
295 >                ambsupersamp(hp, n);
296 >                copycolor(rcol, hp->acol);
297 >        }
298 >        return(hp);                     /* all is well */
299   }
300  
301  
302 < static struct s_ambsamp *
303 < ambsample(                              /* sample an ambient direction */
304 <        AMBHEMI *hp,
93 <        int     i,
94 <        int     j
95 < )
302 > /* Return brightness of farthest ambient sample */
303 > static double
304 > back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
305   {
306 <        struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
307 <        RAY                     ar;
308 <        int                     hlist[3];
309 <        double                  spt[2], zd;
101 <        int                     ii;
102 <                                        /* ambient coefficient for weight */
103 <        if (ambacc > FTINY)
104 <                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
105 <        else
106 <                copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
107 <        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0) {
108 <                setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
109 <                VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
110 <                return(NULL);           /* no sample taken */
306 >        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
307 >                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
308 >                        return(colval(hp->sa[n1].v,CIEY));
309 >                return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
310          }
311 <        if (ambacc > FTINY) {
312 <                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
313 <                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
115 <        }
116 <                                        /* generate hemispherical sample */
117 <        SDsquare2disk(spt,      (i+.1+.8*frandom())/hp->ns,
118 <                                (j+.1+.8*frandom())/hp->ns );
119 <        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
120 <        for (ii = 3; ii--; )
121 <                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
122 <                                spt[1]*hp->uy[ii] +
123 <                                zd*hp->rp->ron[ii];
124 <        checknorm(ar.rdir);
125 <        dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
126 <        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
127 <        ndims--;
128 <        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
129 <        copycolor(ap->v, ar.rcol);
130 <        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
131 <                ar.rt = 20.0*maxarad;
132 <        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
133 <        return(ap);
311 >        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
312 >                return(colval(hp->sa[n2].v,CIEY));
313 >        return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
314   }
315  
316  
317   /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
318   static void
319 < comp_fftri(FFTRI *ftp, float ap0[3], float ap1[3], FVECT rop)
319 > comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
320   {
321 <        FVECT   v1;
322 <        double  dot_e, dot_er, dot_r, dot_r1;
321 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
322 >        int     ii;
323  
324 <        VSUB(ftp->r_i, ap0, rop);
325 <        VSUB(ftp->r_i1, ap1, rop);
326 <        VSUB(ftp->e_i, ap1, ap0);
327 <        VCROSS(v1, ftp->e_i, ftp->r_i);
328 <        ftp->nf = 1.0/DOT(v1,v1);
149 <        VCROSS(v1, ftp->r_i, ftp->r_i1);
150 <        ftp->I1 = sqrt(DOT(v1,v1)*ftp->nf);
324 >        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
325 >        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
326 >        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
327 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
328 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
329          dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
330          dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
331 <        dot_r = DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
332 <        dot_r1 = DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
333 <        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)/dot_r1 - dot_er/dot_r +
334 <                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*ftp->nf;
335 <        ftp->J2 =  0.25*ftp->nf*( 1.0/dot_r - 1.0/dot_r1 ) -
336 <                        dot_er/dot_e*ftp->I2;
331 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
332 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
333 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
334 >                        sqrt( rdot_cp );
335 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
336 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
337 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
338 >        for (ii = 3; ii--; )
339 >                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
340   }
341  
342  
# Line 176 | Line 357 | compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
357   static void
358   comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
359   {
360 <        FVECT   v1, v2;
360 >        FVECT   ncp;
361          FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
362          double  d1, d2, d3, d4;
363          double  I3, J3, K3;
# Line 186 | Line 367 | comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
367          d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
368          d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
369          d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
370 <        I3 = 0.25*ftp->nf*( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 +
371 <                                3.0*d3*ftp->I2 );
370 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
371 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
372          J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
373          K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
374                                          /* intermediate matrices */
375 <        VCROSS(v1, nrm, ftp->e_i);
376 <        for (j = 3; j--; )
196 <                v2[j] = ftp->I2*ftp->r_i[j] + ftp->J2*ftp->e_i[j];
197 <        compose_matrix(m1, v1, v2);
375 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
376 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
377          compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
378          compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
379          compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
380 <        VCROSS(v1, ftp->r_i, ftp->e_i);
202 <        d1 = DOT(nrm, v1);
380 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
381          d2 = -d1*ftp->I2;
382          d1 *= 2.0;
383          for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
# Line 229 | Line 407 | rev_hessian(FVECT hess[3])
407   /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
408   static void
409   add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
410 <                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], COLORV v)
410 >                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
411   {
412          int     i, j;
413  
# Line 243 | Line 421 | add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
421   static void
422   comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
423   {
424 <        FVECT   vcp;
424 >        FVECT   ncp;
425          double  f1;
426          int     i;
427  
428 <        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
429 <        f1 = 2.0*DOT(nrm, vcp);
252 <        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
428 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
429 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
430          for (i = 3; i--; )
431 <                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*vcp[i] +
255 <                            f1*(ftp->I2*ftp->r_i[i] + ftp->J2*ftp->e_i[i]) );
431 >                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
432   }
433  
434  
# Line 268 | Line 444 | rev_gradient(FVECT grad)
444  
445   /* Add to displacement gradient from the given triangle */
446   static void
447 < add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, COLORV v)
447 > add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
448   {
449          int     i;
450  
# Line 277 | Line 453 | add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, F
453   }
454  
455  
280 – /* Return brightness of furthest ambient sample */
281 – static COLORV
282 – back_ambval(struct s_ambsamp *ap1, struct s_ambsamp *ap2,
283 –                struct s_ambsamp *ap3, FVECT orig)
284 – {
285 –        COLORV  vback;
286 –        FVECT   vec;
287 –        double  d2, d2best;
288 –
289 –        VSUB(vec, ap1->p, orig);
290 –        d2best = DOT(vec,vec);
291 –        vback = ap1->v[CIEY];
292 –        VSUB(vec, ap2->p, orig);
293 –        d2 = DOT(vec,vec);
294 –        if (d2 > d2best) {
295 –                d2best = d2;
296 –                vback = ap2->v[CIEY];
297 –        }
298 –        VSUB(vec, ap3->p, orig);
299 –        d2 = DOT(vec,vec);
300 –        if (d2 > d2best)
301 –                return(ap3->v[CIEY]);
302 –        return(vback);
303 – }
304 –
305 –
456   /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
457 < static int
457 > static void
458   eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
459   {
460          double  hess2[2][2];
# Line 320 | Line 470 | eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3
470          hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
471          hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
472          hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
473 <                                        /* compute eigenvalues */
474 <        if ( quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
475 <                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]) != 2 ||
476 <                        (evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY ||
477 <                        (evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY )
478 <                error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
479 <
473 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
474 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
475 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
476 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
477 >                evalue[1] = evalue[0];
478 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
479 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
480 >                ra[0] = ra[1] = maxarad;
481 >                return;
482 >        }
483          if (evalue[0] > evalue[1]) {
484 <                ra[0] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[0]));
485 <                ra[1] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[1]));
484 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
485 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
486                  slope1 = evalue[1];
487          } else {
488 <                ra[0] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[1]));
489 <                ra[1] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[0]));
488 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
489 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
490                  slope1 = evalue[0];
491          }
492                                          /* compute unit eigenvectors */
# Line 384 | Line 537 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
537          }
538                                          /* compute first row of edges */
539          for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
540 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,0,j).p,
388 <                                ambsamp(hp,0,j+1).p, hp->rp->rop);
540 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
541                  if (hessrow != NULL)
542                          comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
543                  if (gradrow != NULL)
# Line 395 | Line 547 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
547          for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
548              FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
549              FVECT       gradcol;
550 <            comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,0).p,
399 <                        ambsamp(hp,i+1,0).p, hp->rp->rop);
550 >            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
551              if (hessrow != NULL)
552                  comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
553              if (gradrow != NULL)
# Line 404 | Line 555 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
555              for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
556                  FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
557                  FVECT   graddia;
558 <                COLORV  backg;
559 <                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j), &ambsamp(hp,i,j+1),
560 <                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
558 >                double  backg;
559 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
560 >                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
561                                          /* diagonal (inner) edge */
562 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p,
412 <                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
562 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
563                  if (hessrow != NULL) {
564                      comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
565                      rev_hessian(hesscol);
566                      add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
567                  }
568 <                if (gradient != NULL) {
568 >                if (gradrow != NULL) {
569                      comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
570                      rev_gradient(gradcol);
571                      add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
572                  }
573                                          /* initialize edge in next row */
574 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
425 <                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
574 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
575                  if (hessrow != NULL)
576                      comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
577                  if (gradrow != NULL)
578                      comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
579                                          /* new column edge & paired triangle */
580 <                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j+1), &ambsamp(hp,i+1,j+1),
581 <                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
582 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
434 <                                hp->rp->rop);
580 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
581 >                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
582 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
583                  if (hessrow != NULL) {
584                      comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
585                      rev_hessian(hessdia);
# Line 454 | Line 602 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
602          
603          if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
604                  eigenvectors(uv, ra, hessian);
605 <        if (pg != NULL) {               /* project position gradient */
605 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
606                  pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
607                  pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
608          }
# Line 465 | Line 613 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
613   static void
614   ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
615   {
616 <        struct s_ambsamp        *ap;
617 <        int                     n;
618 <        FVECT                   vd;
619 <        double                  gfact;
616 >        AMBSAMP *ap;
617 >        double  dgsum[2];
618 >        int     n;
619 >        FVECT   vd;
620 >        double  gfact;
621  
622 <        dg[0] = dg[1] = 0;
622 >        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
623          for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
624                                          /* use vector for azimuth + 90deg */
625                  VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
626 <                                        /* brightness with tangent factor */
627 <                gfact = ap->v[CIEY] / DOT(hp->rp->ron, vd);
626 >                                        /* brightness over cosine factor */
627 >                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
628                                          /* sine = proj_radius/vd_length */
629 <                dg[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
630 <                dg[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
629 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
630 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
631          }
632 +        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
633 +        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
634   }
635  
636  
637 + /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
638 + static uint32
639 + ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
640 + {
641 +        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
642 +        const double    ang_res = 0.5*PI/hp->ns;
643 +        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + 1.01);
644 +        double          avg_d = 0;
645 +        uint32          flgs = 0;
646 +        FVECT           vec;
647 +        double          u, v;
648 +        double          ang, a1;
649 +        int             i, j;
650 +                                        /* don't bother for a few samples */
651 +        if (hp->ns < 8)
652 +                return(0);
653 +                                        /* check distances overhead */
654 +        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
655 +            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
656 +                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
657 +        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
658 +        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
659 +                return(0);
660 +        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
661 +                return(0);
662 +                                        /* else circle around perimeter */
663 +        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
664 +            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
665 +                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
666 +                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
667 +                        continue;       /* too far or too near */
668 +                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
669 +                u = DOT(vec, uv[0]);
670 +                v = DOT(vec, uv[1]);
671 +                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
672 +                        continue;       /* occluder outside ellipse */
673 +                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
674 +                for (a1 = ang-ang_res; a1 <= ang+ang_res; a1 += ang_step)
675 +                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
676 +            }
677 +        return(flgs);
678 + }
679 +
680 +
681   int
682   doambient(                              /* compute ambient component */
683          COLOR   rcol,                   /* input/output color */
# Line 491 | Line 686 | doambient(                             /* compute ambient component */
686          FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
687          float   ra[2],                  /* returned (optional) */
688          float   pg[2],                  /* returned (optional) */
689 <        float   dg[2]                   /* returned (optional) */
689 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
690 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
691   )
692   {
693 <        AMBHEMI                 *hp = inithemi(rcol, r, wt);
694 <        int                     cnt = 0;
695 <        FVECT                   my_uv[2];
696 <        double                  d, acol[3];
697 <        struct s_ambsamp        *ap;
698 <        int                     i, j;
503 <                                        /* check/initialize */
504 <        if (hp == NULL)
505 <                return(0);
693 >        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
694 >        FVECT   my_uv[2];
695 >        double  d, K;
696 >        AMBSAMP *ap;
697 >        int     i;
698 >                                        /* clear return values */
699          if (uv != NULL)
700                  memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
701          if (ra != NULL)
# Line 511 | Line 704 | doambient(                             /* compute ambient component */
704                  pg[0] = pg[1] = 0.0;
705          if (dg != NULL)
706                  dg[0] = dg[1] = 0.0;
707 <                                        /* sample the hemisphere */
708 <        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
709 <        for (i = hp->ns; i--; )
710 <                for (j = hp->ns; j--; )
711 <                        if ((ap = ambsample(hp, i, j)) != NULL) {
712 <                                addcolor(acol, ap->v);
713 <                                ++cnt;
714 <                        }
715 <        if (!cnt) {
523 <                setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
524 <                free(hp);
525 <                return(0);              /* no valid samples */
707 >        if (crlp != NULL)
708 >                *crlp = 0;
709 >        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
710 >                return(0);
711 >
712 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
713 >                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < 6)) {
714 >                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
715 >                return(-1);             /* value-only return value */
716          }
717 <        d = 1.0 / cnt;                  /* final indirect irradiance/PI */
718 <        acol[0] *= d; acol[1] *= d; acol[2] *= d;
719 <        copycolor(rcol, acol);
720 <        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
721 <                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
722 <                free(hp);
723 <                return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
717 >        if ((d = bright(rcol)) > FTINY) {       /* normalize Y values */
718 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;
719 >                K = 0.01;
720 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
721 >                K = 1.0;
722 >                pg = NULL;
723 >                dg = NULL;
724 >                crlp = NULL;
725          }
726 <        d = 0.01 * bright(rcol);        /* add in 1% before Hessian comp. */
536 <        if (d < FTINY) d = FTINY;
537 <        ap = hp->sa;                    /* using Y channel from here on... */
726 >        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
727          for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
728 <                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v) + d;
728 >                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + K;
729  
730          if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
731                  uv = my_uv;
732                                          /* compute radii & pos. gradient */
733          ambHessian(hp, uv, ra, pg);
734 +
735          if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
736                  ambdirgrad(hp, uv, dg);
737 +
738          if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
739 <                d = sqrt(sqrt((4.0/PI)*bright(rcol)/wt));
740 <                ra[0] *= d;
739 >                if (pg != NULL) {
740 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
741 >                                ra[0] = 1.0/d;
742 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
743 >                                ra[1] = 1.0/d;
744 >                        if (ra[0] > ra[1])
745 >                                ra[0] = ra[1];
746 >                }
747 >                if (ra[0] < minarad) {
748 >                        ra[0] = minarad;
749 >                        if (ra[1] < minarad)
750 >                                ra[1] = minarad;
751 >                }
752 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(wt);
753                  if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
754                          ra[1] = 2.0*ra[0];
755                  if (ra[1] > maxarad) {
756                          ra[1] = maxarad;
757                          if (ra[0] > maxarad)
758                                  ra[0] = maxarad;
759 +                }
760 +                                        /* flag encroached directions */
761 +                if (crlp != NULL)
762 +                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
763 +                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
764 +                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
765 +                        if (d > 1.0) {
766 +                                d = 1.0/sqrt(d);
767 +                                pg[0] *= d;
768 +                                pg[1] *= d;
769 +                        }
770                  }
771          }
772          free(hp);                       /* clean up and return */

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