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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.22 by greg, Sun Sep 26 15:51:15 2010 UTC vs.
Revision 2.95 by greg, Fri Apr 19 01:52:50 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 <        register 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 <        register 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 <        register 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;
106 <        register int  i;
100 >        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
101 >        RAY     ar;
102 >        int     hlist[3], ii;
103 >        double  ss[2];
104 >        RREAL   spt[2];
105 >        double  zd;
106 >                                        /* generate hemispherical sample */
107                                          /* ambient coefficient for weight */
108          if (ambacc > FTINY)
109 <                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
109 >                setscolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
110          else
111 <                copycolor(ar.rcoef, h->acoef);
112 <        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, r, ar.rcoef) < 0)
113 <                return(-1);
111 >                copyscolor(ar.rcoef, hp->acoef);
112 >        if (rayorigin(&ar, hp->atyp, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
113 >                return(0);
114          if (ambacc > FTINY) {
115 <                multcolor(ar.rcoef, h->acoef);
116 <                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
115 >                smultscolor(ar.rcoef, hp->acoef);
116 >                scalescolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
117          }
118 <        hlist[0] = r->rno;
119 <        hlist[1] = dp->t;
120 <        hlist[2] = dp->p;
121 <        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n));
122 <        zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
123 <        phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
124 <        xd = tcos(phi) * zd;
125 <        yd = tsin(phi) * zd;
126 <        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
127 <        for (i = 0; i < 3; i++)
128 <                ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
95 <                                yd*h->uy[i] +
96 <                                zd*h->uz[i];
118 >        hlist[0] = hp->rp->rno;
119 >        hlist[1] = AI(hp,i,j);
120 >        hlist[2] = samplendx;
121 >        multisamp(ss, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
122 > resample:
123 >        square2disk(spt, (j+ss[1])/hp->ns, (i+ss[0])/hp->ns);
124 >        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
125 >        for (ii = 3; ii--; )
126 >                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
127 >                                spt[1]*hp->uy[ii] +
128 >                                zd*hp->onrm[ii];
129          checknorm(ar.rdir);
130 <        dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
131 <        rayvalue(&ar);
130 >                                        /* avoid coincident samples */
131 >        if (!n && hp->ns >= 4 && ambcollision(hp, i, j, ar.rdir)) {
132 >                ss[0] = frandom(); ss[1] = frandom();
133 >                goto resample;          /* reject this sample */
134 >        }
135 >        dimlist[ndims++] = AI(hp,i,j) + 90171;
136 >        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
137          ndims--;
138 <        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
139 <        addcolor(dp->v, ar.rcol);
140 <                                        /* use rt to improve gradient calc */
141 <        if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
142 <                dp->r += 1.0/ar.rt;
143 <                                        /* (re)initialize error */
144 <        if (dp->n++) {
145 <                b2 = bright(dp->v)/dp->n - bright(ar.rcol);
146 <                b2 = b2*b2 + dp->k*((dp->n-1)*(dp->n-1));
147 <                dp->k = b2/(dp->n*dp->n);
148 <        } else
149 <                dp->k = 0.0;
150 <        return(0);
138 >        zd = raydistance(&ar);
139 >        if (zd <= FTINY)
140 >                return(0);              /* should never happen */
141 >        smultscolor(ar.rcol, ar.rcoef); /* apply coefficient */
142 >        if (zd*ap->d < 1.0)             /* new/closer distance? */
143 >                ap->d = 1.0/zd;
144 >        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
145 >                if (zd > 10.0*thescene.cusize + 1000.)
146 >                        zd = 10.0*thescene.cusize + 1000.;
147 >                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, zd);
148 >                copyscolor(ap->v, ar.rcol);
149 >        } else {                        /* else update recorded value */
150 >                sopscolor(hp->acol, -=, ap->v);
151 >                zd = 1.0/(double)(n+1);
152 >                scalescolor(ar.rcol, zd);
153 >                zd *= (double)n;
154 >                scalescolor(ap->v, zd);
155 >                saddscolor(ap->v, ar.rcol);
156 >        }
157 >        saddscolor(hp->acol, ap->v);    /* add to our sum */
158 >        return(1);
159   }
160  
161  
162 < static int
163 < ambcmp(                                 /* decreasing order */
164 <        const void *p1,
120 <        const void *p2
121 < )
162 > /* Estimate variance based on ambient division differences */
163 > static float *
164 > getambdiffs(AMBHEMI *hp)
165   {
166 <        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
167 <        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
166 >        const double    normf = 1./(pbright(hp->acoef) + FTINY);
167 >        float   *earr = (float *)calloc(2*hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
168 >        float   *ep;
169 >        AMBSAMP *ap;
170 >        double  b, b1, d2;
171 >        int     i, j;
172  
173 <        if (d1->k < d2->k)
174 <                return(1);
175 <        if (d1->k > d2->k)
176 <                return(-1);
177 <        return(0);
173 >        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
174 >                return(NULL);
175 >                                        /* sum squared neighbor diffs */
176 >        ap = hp->sa;
177 >        ep = earr + hp->ns*hp->ns;      /* original estimates to scratch */
178 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
179 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
180 >                b = pbright(ap[0].v);
181 >                if (i) {                /* from above */
182 >                        b1 = pbright(ap[-hp->ns].v);
183 >                        d2 = b - b1;
184 >                        d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
185 >                        ep[0] += d2;
186 >                        ep[-hp->ns] += d2;
187 >                }
188 >                if (!j) continue;
189 >                                        /* from behind */
190 >                b1 = pbright(ap[-1].v);
191 >                d2 = b - b1;
192 >                d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
193 >                ep[0] += d2;
194 >                ep[-1] += d2;
195 >                if (!i) continue;
196 >                                        /* diagonal */
197 >                b1 = pbright(ap[-hp->ns-1].v);
198 >                d2 = b - b1;
199 >                d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
200 >                ep[0] += d2;
201 >                ep[-hp->ns-1] += d2;
202 >            }
203 >                                        /* correct for number of neighbors */
204 >        ep = earr + hp->ns*hp->ns;
205 >        ep[0] *= 6./3.;
206 >        ep[hp->ns-1] *= 6./3.;
207 >        ep[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 6./3.;
208 >        ep[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 6./3.;
209 >        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
210 >                ep[i*hp->ns] *= 6./5.;
211 >                ep[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 6./5.;
212 >        }
213 >        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
214 >                ep[j] *= 6./5.;
215 >                ep[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 6./5.;
216 >        }
217 >                                        /* blur final map to reduce bias */
218 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
219 >            float  *ep2;
220 >            ep = earr + i*hp->ns;
221 >            ep2 = ep + hp->ns*hp->ns;
222 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++, ep++, ep2++) {
223 >                ep[0] += .5*ep2[0] + .125*(ep2[1] + ep2[hp->ns]);
224 >                ep[1] += .125*ep2[0];
225 >                ep[hp->ns] += .125*ep2[0];
226 >            }
227 >        }
228 >        return(earr);
229   }
230  
231  
232 < static int
233 < ambnorm(                                /* standard order */
234 <        const void *p1,
137 <        const void *p2
138 < )
232 > /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
233 > static void
234 > ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
235   {
236 <        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
237 <        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
238 <        register int    c;
236 >        float   *earr = getambdiffs(hp);
237 >        double  e2rem = 0;
238 >        float   *ep;
239 >        int     i, j, n, nss;
240  
241 <        if ( (c = d1->t - d2->t) )
242 <                return(c);
243 <        return(d1->p - d2->p);
241 >        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
242 >                return;
243 >                                        /* accumulate estimated variances */
244 >        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
245 >                e2rem += *--ep;
246 >        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
247 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
248 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++) {
249 >                if (e2rem <= FTINY)
250 >                        goto done;      /* nothing left to do */
251 >                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
252 >                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
253 >                        if (!--cnt) goto done;
254 >                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
255 >        }
256 > done:
257 >        free(earr);
258   }
259  
260  
261 < double
262 < doambient(                              /* compute ambient component */
263 <        COLOR  acol,
264 <        RAY  *r,
265 <        double  wt,
155 <        FVECT  pg,
156 <        FVECT  dg
261 > static AMBHEMI *
262 > samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
263 >        SCOLOR  rcol,
264 >        RAY     *r,
265 >        double  wt
266   )
267   {
268 <        double  b, d;
269 <        AMBHEMI  hemi;
270 <        AMBSAMP  *div;
271 <        AMBSAMP  dnew;
272 <        register AMBSAMP  *dp;
273 <        double  arad;
274 <        int  divcnt;
275 <        register int  i, j;
276 <                                        /* initialize hemisphere */
277 <        inithemi(&hemi, acol, r, wt);
278 <        divcnt = hemi.nt * hemi.np;
279 <                                        /* initialize */
280 <        if (pg != NULL)
281 <                pg[0] = pg[1] = pg[2] = 0.0;
282 <        if (dg != NULL)
283 <                dg[0] = dg[1] = dg[2] = 0.0;
284 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
285 <        if (divcnt == 0)
286 <                return(0.0);
287 <                                        /* allocate super-samples */
288 <        if (hemi.ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
289 <                div = (AMBSAMP *)malloc(divcnt*sizeof(AMBSAMP));
290 <                if (div == NULL)
291 <                        error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
292 <        } else
293 <                div = NULL;
294 <                                        /* sample the divisions */
295 <        arad = 0.0;
296 <        if ((dp = div) == NULL)
297 <                dp = &dnew;
189 <        divcnt = 0;
190 <        for (i = 0; i < hemi.nt; i++)
191 <                for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
192 <                        dp->t = i; dp->p = j;
193 <                        setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
194 <                        dp->r = 0.0;
195 <                        dp->n = 0;
196 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0) {
197 <                                if (div != NULL)
198 <                                        dp++;
199 <                                continue;
200 <                        }
201 <                        arad += dp->r;
202 <                        divcnt++;
203 <                        if (div != NULL)
204 <                                dp++;
205 <                        else
206 <                                addcolor(acol, dp->v);
207 <                }
208 <        if (!divcnt) {
209 <                if (div != NULL)
210 <                        free((void *)div);
211 <                return(0.0);            /* no samples taken */
268 >        int     backside = (wt < 0);
269 >        AMBHEMI *hp;
270 >        double  d;
271 >        int     n, i, j;
272 >                                        /* insignificance check */
273 >        d = sintens(rcol);
274 >        if (d <= FTINY)
275 >                return(NULL);
276 >                                        /* set number of divisions */
277 >        if (backside) wt = -wt;
278 >        if (ambacc <= FTINY &&
279 >                        wt > (d *= 0.8*r->rweight/(ambdiv*minweight + 1e-20)))
280 >                wt = d;                 /* avoid ray termination */
281 >        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
282 >        i = 1 + (MINADIV-1)*(ambacc > FTINY);
283 >        if (n < i)                      /* use minimum number of samples? */
284 >                n = i;
285 >                                        /* allocate sampling array */
286 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
287 >        if (hp == NULL)
288 >                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
289 >
290 >        if (backside) {
291 >                hp->atyp = TAMBIENT;
292 >                hp->onrm[0] = -r->ron[0];
293 >                hp->onrm[1] = -r->ron[1];
294 >                hp->onrm[2] = -r->ron[2];
295 >        } else {
296 >                hp->atyp = RAMBIENT;
297 >                VCOPY(hp->onrm, r->ron);
298          }
299 <        if (divcnt < hemi.nt*hemi.np) {
300 <                pg = dg = NULL;         /* incomplete sampling */
301 <                hemi.ns = 0;
302 <        } else if (arad > FTINY && divcnt/arad < minarad) {
303 <                hemi.ns = 0;            /* close enough */
304 <        } else if (hemi.ns > 0) {       /* else perform super-sampling? */
305 <                comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
306 <                qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);    /* sort divs */
307 <                                                /* super-sample */
308 <                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
309 <                        dnew = *div;
310 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0) {
311 <                                dp++;
312 <                                continue;
313 <                        }
314 <                        dp = div;               /* reinsert */
315 <                        j = divcnt < i ? divcnt : i;
316 <                        while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
317 <                                *dp = *(dp+1);
318 <                                dp++;
319 <                        }
234 <                        *dp = dnew;
235 <                }
236 <                if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
237 <                        qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
299 >        hp->rp = r;
300 >        hp->ns = n;
301 >        scolorblack(hp->acol);
302 >        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
303 >        hp->sampOK = 0;
304 >                                        /* assign coefficient */
305 >        copyscolor(hp->acoef, rcol);
306 >        d = 1.0/(n*n);
307 >        scalescolor(hp->acoef, d);
308 >                                        /* make tangent plane axes */
309 >        if (!getperpendicular(hp->ux, hp->onrm, 1))
310 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
311 >        VCROSS(hp->uy, hp->onrm, hp->ux);
312 >                                        /* sample divisions */
313 >        for (i = hp->ns; i--; )
314 >            for (j = hp->ns; j--; )
315 >                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
316 >        copyscolor(rcol, hp->acol);
317 >        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
318 >                free(hp);
319 >                return(NULL);
320          }
321 <                                        /* compute returned values */
322 <        if (div != NULL) {
323 <                arad = 0.0;             /* note: divcnt may be < nt*np */
242 <                for (i = hemi.nt*hemi.np, dp = div; i-- > 0; dp++) {
243 <                        arad += dp->r;
244 <                        if (dp->n > 1) {
245 <                                b = 1.0/dp->n;
246 <                                scalecolor(dp->v, b);
247 <                                dp->r *= b;
248 <                                dp->n = 1;
249 <                        }
250 <                        addcolor(acol, dp->v);
251 <                }
252 <                b = bright(acol);
253 <                if (b > FTINY) {
254 <                        b = 1.0/b;      /* compute & normalize gradient(s) */
255 <                        if (pg != NULL) {
256 <                                posgradient(pg, div, &hemi);
257 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
258 <                                        pg[i] *= b;
259 <                        }
260 <                        if (dg != NULL) {
261 <                                dirgradient(dg, div, &hemi);
262 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
263 <                                        dg[i] *= b;
264 <                        }
265 <                }
266 <                free((void *)div);
321 >        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
322 >                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
323 >                return(hp);
324          }
325 <        if (arad <= FTINY)
326 <                arad = maxarad;
327 <        else
328 <                arad = (divcnt+hemi.ns)/arad;
329 <        if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
330 <                d = DOT(pg,pg);
274 <                if (d*arad*arad > 1.0)
275 <                        arad = 1.0/sqrt(d);
325 >        if (hp->sampOK <= MINADIV*MINADIV)
326 >                return(hp);             /* don't bother super-sampling */
327 >        n = ambssamp*wt + 0.5;
328 >        if (n >= 4*hp->ns) {            /* perform super-sampling? */
329 >                ambsupersamp(hp, n);
330 >                copyscolor(rcol, hp->acol);
331          }
332 <        if (arad < minarad) {
333 <                arad = minarad;
334 <                if (pg != NULL && d*arad*arad > 1.0) {  /* cap gradient */
335 <                        d = 1.0/arad/sqrt(d);
336 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
337 <                                pg[i] *= d;
338 <                }
332 >        return(hp);                     /* all is well */
333 > }
334 >
335 >
336 > /* Return brightness of farthest ambient sample */
337 > static double
338 > back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
339 > {
340 >        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
341 >                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
342 >                        return(hp->sa[n1].v[0]);
343 >                return(hp->sa[n3].v[0]);
344          }
345 <        if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
346 <                arad = maxarad;
347 <        return(arad);
345 >        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
346 >                return(hp->sa[n2].v[0]);
347 >        return(hp->sa[n3].v[0]);
348   }
349  
350  
351 < void
352 < comperrs(                       /* compute initial error estimates */
353 <        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
294 <        register AMBHEMI  *hp
295 < )
351 > /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
352 > static void
353 > comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
354   {
355 <        double  b, b2;
356 <        int  i, j;
357 <        register AMBSAMP  *dp;
358 <                                /* sum differences from neighbors */
359 <        dp = da;
360 <        for (i = 0; i < hp->nt; i++)
361 <                for (j = 0; j < hp->np; j++) {
362 < #ifdef  DEBUG
363 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
364 <                                error(CONSISTENCY,
365 <                                        "division order in comperrs");
366 < #endif
367 <                        b = bright(dp[0].v);
368 <                        if (i > 0) {            /* from above */
369 <                                b2 = bright(dp[-hp->np].v) - b;
370 <                                b2 *= b2 * 0.25;
371 <                                dp[0].k += b2;
372 <                                dp[-hp->np].k += b2;
373 <                        }
374 <                        if (j > 0) {            /* from behind */
375 <                                b2 = bright(dp[-1].v) - b;
376 <                                b2 *= b2 * 0.25;
377 <                                dp[0].k += b2;
378 <                                dp[-1].k += b2;
379 <                        } else {                /* around */
380 <                                b2 = bright(dp[hp->np-1].v) - b;
381 <                                b2 *= b2 * 0.25;
382 <                                dp[0].k += b2;
383 <                                dp[hp->np-1].k += b2;
384 <                        }
385 <                        dp++;
386 <                }
387 <                                /* divide by number of neighbors */
388 <        dp = da;
389 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* top row */
390 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
391 <        if (hp->nt < 2)
355 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
356 >        int     ii;
357 >
358 >        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
359 >        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
360 >        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
361 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
362 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
363 >        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
364 >        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
365 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
366 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
367 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
368 >                        sqrt( rdot_cp );
369 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
370 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
371 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
372 >        for (ii = 3; ii--; )
373 >                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
374 > }
375 >
376 >
377 > /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
378 > static void
379 > compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
380 > {
381 >        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
382 >        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
383 >        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
384 >        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
385 >        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
386 >        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
387 > }
388 >
389 >
390 > /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
391 > static void
392 > comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
393 > {
394 >        FVECT   ncp;
395 >        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
396 >        double  d1, d2, d3, d4;
397 >        double  I3, J3, K3;
398 >        int     i, j;
399 >                                        /* compute intermediate coefficients */
400 >        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
401 >        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
402 >        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
403 >        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
404 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
405 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
406 >        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
407 >        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
408 >                                        /* intermediate matrices */
409 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
410 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
411 >        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
412 >        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
413 >        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
414 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
415 >        d2 = -d1*ftp->I2;
416 >        d1 *= 2.0;
417 >        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
418 >            for (j = 3; j--; ) {
419 >                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
420 >                                                2.0*J3*m4[i][j] );
421 >                hess[i][j] += d2*(i==j);
422 >                hess[i][j] *= -1.0/PI;
423 >            }
424 > }
425 >
426 >
427 > /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
428 > static void
429 > rev_hessian(FVECT hess[3])
430 > {
431 >        int     i;
432 >
433 >        for (i = 3; i--; ) {
434 >                hess[i][0] = -hess[i][0];
435 >                hess[i][1] = -hess[i][1];
436 >                hess[i][2] = -hess[i][2];
437 >        }
438 > }
439 >
440 >
441 > /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
442 > static void
443 > add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
444 >                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
445 > {
446 >        int     i, j;
447 >
448 >        for (i = 3; i--; )
449 >            for (j = 3; j--; )
450 >                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
451 > }
452 >
453 >
454 > /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
455 > static void
456 > comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
457 > {
458 >        FVECT   ncp;
459 >        double  f1;
460 >        int     i;
461 >
462 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
463 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
464 >        for (i = 3; i--; )
465 >                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
466 > }
467 >
468 >
469 > /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
470 > static void
471 > rev_gradient(FVECT grad)
472 > {
473 >        grad[0] = -grad[0];
474 >        grad[1] = -grad[1];
475 >        grad[2] = -grad[2];
476 > }
477 >
478 >
479 > /* Add to displacement gradient from the given triangle */
480 > static void
481 > add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
482 > {
483 >        int     i;
484 >
485 >        for (i = 3; i--; )
486 >                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
487 > }
488 >
489 >
490 > /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
491 > static void
492 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
493 > {
494 >        double  hess2[2][2];
495 >        FVECT   a, b;
496 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
497 >        int     i;
498 >                                        /* project Hessian to sample plane */
499 >        for (i = 3; i--; ) {
500 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
501 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
502 >        }
503 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
504 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
505 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
506 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
507 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
508 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
509 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
510 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
511 >                evalue[1] = evalue[0];
512 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
513 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
514 >                ra[0] = ra[1] = maxarad;
515                  return;
516 <        for (i = 1; i < hp->nt-1; i++)          /* central region */
517 <                for (j = 0; j < hp->np; j++)
518 <                        (dp++)->k *= 0.25;
519 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* bottom row */
520 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
516 >        }
517 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
518 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
519 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
520 >                slope1 = evalue[1];
521 >        } else {
522 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
523 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
524 >                slope1 = evalue[0];
525 >        }
526 >                                        /* compute unit eigenvectors */
527 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
528 >                return;                 /* uv OK as is */
529 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
530 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
531 >        for (i = 3; i--; ) {
532 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
533 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
534 >        }
535 >        VCOPY(uv[0], a);
536 >        VCOPY(uv[1], b);
537   }
538  
539  
540 < void
541 < posgradient(                                    /* compute position gradient */
542 <        FVECT  gv,
543 <        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
544 <        register AMBHEMI  *hp
540 > static void
541 > ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
542 >        AMBHEMI *hp,
543 >        FVECT   uv[2],                  /* returned */
544 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
545 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
546   )
547   {
548 <        register int  i, j;
549 <        double  nextsine, lastsine, b, d;
550 <        double  mag0, mag1;
551 <        double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
552 <        register AMBSAMP  *dp;
553 <
554 <        xd = yd = 0.0;
555 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
556 <                dp = da + j;
557 <                mag0 = mag1 = 0.0;
558 <                lastsine = 0.0;
559 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
560 < #ifdef  DEBUG
561 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
562 <                                error(CONSISTENCY,
563 <                                        "division order in posgradient");
564 < #endif
565 <                        b = bright(dp->v);
566 <                        if (i > 0) {
567 <                                d = dp[-hp->np].r;
568 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
569 <                                                        /* sin(t)*cos(t)^2 */
570 <                                d *= lastsine * (1.0 - (double)i/hp->nt);
571 <                                mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
572 <                        }
573 <                        nextsine = sqrt((double)(i+1)/hp->nt);
574 <                        if (j > 0) {
575 <                                d = dp[-1].r;
576 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
577 <                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
578 <                                                (b - bright(dp[-1].v));
579 <                        } else {
580 <                                d = dp[hp->np-1].r;
581 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
582 <                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
583 <                                                (b - bright(dp[hp->np-1].v));
584 <                        }
585 <                        dp += hp->np;
586 <                        lastsine = nextsine;
548 >        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
549 >        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
550 >        FVECT           *gradrow = NULL;
551 >        FVECT           hessian[3];
552 >        FVECT           gradient;
553 >        FFTRI           fftr;
554 >        int             i, j;
555 >                                        /* be sure to assign unit vectors */
556 >        VCOPY(uv[0], hp->ux);
557 >        VCOPY(uv[1], hp->uy);
558 >                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
559 >        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
560 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
561 >                if (hessrow == NULL)
562 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
563 >                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
564 >        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
565 >                return;
566 >        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
567 >                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
568 >                if (gradrow == NULL)
569 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
570 >                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
571 >        }
572 >                                        /* compute first row of edges */
573 >        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
574 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
575 >                if (hessrow != NULL)
576 >                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->onrm);
577 >                if (gradrow != NULL)
578 >                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->onrm);
579 >        }
580 >                                        /* sum each row of triangles */
581 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
582 >            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
583 >            FVECT       gradcol;
584 >            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
585 >            if (hessrow != NULL)
586 >                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->onrm);
587 >            if (gradrow != NULL)
588 >                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->onrm);
589 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
590 >                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
591 >                FVECT   graddia;
592 >                double  backg;
593 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
594 >                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
595 >                                        /* diagonal (inner) edge */
596 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
597 >                if (hessrow != NULL) {
598 >                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->onrm);
599 >                    rev_hessian(hesscol);
600 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
601                  }
602 <                mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
603 <                phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
604 <                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
605 <                xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
606 <                yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
602 >                if (gradrow != NULL) {
603 >                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->onrm);
604 >                    rev_gradient(gradcol);
605 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
606 >                }
607 >                                        /* initialize edge in next row */
608 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
609 >                if (hessrow != NULL)
610 >                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->onrm);
611 >                if (gradrow != NULL)
612 >                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->onrm);
613 >                                        /* new column edge & paired triangle */
614 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
615 >                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
616 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
617 >                if (hessrow != NULL) {
618 >                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->onrm);
619 >                    rev_hessian(hessdia);
620 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
621 >                    if (i < hp->ns-2)
622 >                        rev_hessian(hessrow[j]);
623 >                }
624 >                if (gradrow != NULL) {
625 >                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->onrm);
626 >                    rev_gradient(graddia);
627 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
628 >                    if (i < hp->ns-2)
629 >                        rev_gradient(gradrow[j]);
630 >                }
631 >            }
632          }
633 <        for (i = 0; i < 3; i++)
634 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*(hp->nt*hp->np)/PI;
633 >                                        /* release row buffers */
634 >        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
635 >        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
636 >        
637 >        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
638 >                eigenvectors(uv, ra, hessian);
639 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
640 >                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
641 >                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
642 >        }
643   }
644  
645  
646 < void
647 < dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
648 <        FVECT  gv,
649 <        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
650 <        register AMBHEMI  *hp
646 > /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
647 > static void
648 > ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
649 > {
650 >        AMBSAMP *ap;
651 >        double  dgsum[2];
652 >        int     n;
653 >        FVECT   vd;
654 >        double  gfact;
655 >
656 >        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
657 >        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
658 >                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
659 >                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
660 >                                        /* brightness over cosine factor */
661 >                gfact = ap->v[0] / DOT(hp->onrm, vd);
662 >                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
663 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
664 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
665 >        }
666 >        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
667 >        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
668 > }
669 >
670 >
671 > /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
672 > static uint32
673 > ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
674 > {
675 >        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
676 >        const double    ang_res = 0.5*PI/hp->ns;
677 >        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + 1.01);
678 >        double          avg_d = 0;
679 >        uint32          flgs = 0;
680 >        FVECT           vec;
681 >        double          u, v;
682 >        double          ang, a1;
683 >        int             i, j;
684 >                                        /* don't bother for a few samples */
685 >        if (hp->ns < 8)
686 >                return(0);
687 >                                        /* check distances overhead */
688 >        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
689 >            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
690 >                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
691 >        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
692 >        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
693 >                return(0);
694 >        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
695 >                return(0);
696 >                                        /* else circle around perimeter */
697 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
698 >            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
699 >                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
700 >                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
701 >                        continue;       /* too far or too near */
702 >                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
703 >                u = DOT(vec, uv[0]);
704 >                v = DOT(vec, uv[1]);
705 >                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
706 >                        continue;       /* occluder outside ellipse */
707 >                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
708 >                for (a1 = ang-ang_res; a1 <= ang+ang_res; a1 += ang_step)
709 >                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
710 >            }
711 >        return(flgs);
712 > }
713 >
714 >
715 > int
716 > doambient(                              /* compute ambient component */
717 >        SCOLOR  rcol,                   /* input/output color */
718 >        RAY     *r,
719 >        double  wt,                     /* negative for back side */
720 >        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
721 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
722 >        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
723 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
724 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
725   )
726   {
727 <        register int  i, j;
728 <        double  mag;
729 <        double  phi, xd, yd;
730 <        register AMBSAMP  *dp;
727 >        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
728 >        FVECT   my_uv[2];
729 >        double  d, K;
730 >        AMBSAMP *ap;
731 >        int     i;
732 >                                        /* clear return values */
733 >        if (uv != NULL)
734 >                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
735 >        if (ra != NULL)
736 >                ra[0] = ra[1] = 0.0;
737 >        if (pg != NULL)
738 >                pg[0] = pg[1] = 0.0;
739 >        if (dg != NULL)
740 >                dg[0] = dg[1] = 0.0;
741 >        if (crlp != NULL)
742 >                *crlp = 0;
743 >        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
744 >                return(0);
745  
746 <        xd = yd = 0.0;
747 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
748 <                dp = da + j;
749 <                mag = 0.0;
750 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
751 < #ifdef  DEBUG
752 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
753 <                                error(CONSISTENCY,
754 <                                        "division order in dirgradient");
755 < #endif
756 <                                                        /* tan(t) */
757 <                        mag += bright(dp->v)/sqrt(hp->nt/(i+.5) - 1.0);
758 <                        dp += hp->np;
746 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
747 >                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < MINADIV)) {
748 >                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
749 >                return(-1);             /* value-only return value */
750 >        }
751 >        if ((d = scolor_mean(rcol)) > FTINY) {
752 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;     /* normalize avg. values */
753 >                K = 0.01;
754 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
755 >                K = 1.0;
756 >                pg = NULL;
757 >                dg = NULL;
758 >                crlp = NULL;
759 >        }
760 >        ap = hp->sa;                    /* single channel from here on... */
761 >        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
762 >                ap->v[0] = scolor_mean(ap->v)*d + K;
763 >
764 >        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
765 >                uv = my_uv;
766 >                                        /* compute radii & pos. gradient */
767 >        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
768 >
769 >        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
770 >                ambdirgrad(hp, uv, dg);
771 >
772 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
773 >                if (pg != NULL) {
774 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
775 >                                ra[0] = 1.0/d;
776 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
777 >                                ra[1] = 1.0/d;
778 >                        if (ra[0] > ra[1])
779 >                                ra[0] = ra[1];
780                  }
781 <                phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
782 <                xd += mag * tcos(phi);
783 <                yd += mag * tsin(phi);
781 >                if (ra[0] < minarad) {
782 >                        ra[0] = minarad;
783 >                        if (ra[1] < minarad)
784 >                                ra[1] = minarad;
785 >                }
786 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(fabs(wt));
787 >                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
788 >                        ra[1] = 2.0*ra[0];
789 >                if (ra[1] > maxarad) {
790 >                        ra[1] = maxarad;
791 >                        if (ra[0] > maxarad)
792 >                                ra[0] = maxarad;
793 >                }
794 >                                        /* flag encroached directions */
795 >                if (crlp != NULL)       /* XXX doesn't update with changes to ambacc */
796 >                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
797 >                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
798 >                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
799 >                        if (d > 1.0) {
800 >                                d = 1.0/sqrt(d);
801 >                                pg[0] *= d;
802 >                                pg[1] *= d;
803 >                        }
804 >                }
805          }
806 <        for (i = 0; i < 3; i++)
807 <                gv[i] = xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i];
806 >        free(hp);                       /* clean up and return */
807 >        return(1);
808   }

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> Changed lines