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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.30 by greg, Wed Apr 23 17:30:10 2014 UTC vs.
Revision 2.73 by greg, Fri Oct 14 00:54:21 2016 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, rI2_eJ2;
49 <        double  nf, I1, I2;
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 +        const double    cos_thresh = 0.9999995; /* about 3.44 arcminutes */
62 +        int             ii, jj;
63 +
64 +        for (ii = i-1; ii <= i+1; ii++) {
65 +                if (ii < 0) continue;
66 +                if (ii >= hp->ns) break;
67 +                for (jj = j-1; jj <= j+1; jj++) {
68 +                        AMBSAMP *ap;
69 +                        FVECT   avec;
70 +                        double  dprod;
71 +                        if (jj < 0) continue;
72 +                        if (jj >= hp->ns) break;
73 +                        if ((ii==i) & (jj==j)) continue;
74 +                        ap = &ambsam(hp,ii,jj);
75 +                        if (ap->d <= .5/FHUGE) continue;
76 +                        VSUB(avec, ap->p, hp->rp->rop);
77 +                        dprod = DOT(avec, dv);
78 +                        if (dprod >= cos_thresh*VLEN(avec))
79 +                                return(1);      /* collision */
80 +                }
81 +        }
82 +        return(0);
83 + }
84 +
85 +
86 + static int
87 + ambsample(                              /* initial ambient division sample */
88 +        AMBHEMI *hp,
89 +        int     i,
90 +        int     j,
91 +        int     n
92 + )
93 + {
94 +        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
95 +        RAY     ar;
96 +        int     hlist[3], ii;
97 +        double  spt[2], zd;
98 +                                        /* generate hemispherical sample */
99 +                                        /* ambient coefficient for weight */
100 +        if (ambacc > FTINY)
101 +                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
102 +        else
103 +                copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
104 +        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
105 +                return(0);
106 +        if (ambacc > FTINY) {
107 +                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
108 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
109 +        }
110 +        hlist[0] = hp->rp->rno;
111 +        hlist[1] = j;
112 +        hlist[2] = i;
113 +        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
114 + resample:
115 +        SDsquare2disk(spt, (j+spt[1])/hp->ns, (i+spt[0])/hp->ns);
116 +        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
117 +        for (ii = 3; ii--; )
118 +                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
119 +                                spt[1]*hp->uy[ii] +
120 +                                zd*hp->rp->ron[ii];
121 +        checknorm(ar.rdir);
122 +                                        /* avoid coincident samples */
123 +        if (!n && ambcollision(hp, i, j, ar.rdir)) {
124 +                spt[0] = frandom(); spt[1] = frandom();
125 +                goto resample;
126 +        }
127 +        dimlist[ndims++] = AI(hp,i,j) + 90171;
128 +        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
129 +        ndims--;
130 +        if (ar.rt <= FTINY)
131 +                return(0);              /* should never happen */
132 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
133 +        if (ar.rt*ap->d < 1.0)          /* new/closer distance? */
134 +                ap->d = 1.0/ar.rt;
135 +        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
136 +                if (ar.rt > 10.0*thescene.cusize)
137 +                        ar.rt = 10.0*thescene.cusize;
138 +                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
139 +                copycolor(ap->v, ar.rcol);
140 +        } else {                        /* else update recorded value */
141 +                hp->acol[RED] -= colval(ap->v,RED);
142 +                hp->acol[GRN] -= colval(ap->v,GRN);
143 +                hp->acol[BLU] -= colval(ap->v,BLU);
144 +                zd = 1.0/(double)(n+1);
145 +                scalecolor(ar.rcol, zd);
146 +                zd *= (double)n;
147 +                scalecolor(ap->v, zd);
148 +                addcolor(ap->v, ar.rcol);
149 +        }
150 +        addcolor(hp->acol, ap->v);      /* add to our sum */
151 +        return(1);
152 + }
153 +
154 +
155 + /* Estimate errors based on ambient division differences */
156 + static float *
157 + getambdiffs(AMBHEMI *hp)
158 + {
159 +        float   *earr = (float *)calloc(hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
160 +        float   *ep;
161 +        AMBSAMP *ap;
162 +        double  b, d2;
163 +        int     i, j;
164 +
165 +        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
166 +                return(NULL);
167 +                                        /* compute squared neighbor diffs */
168 +        for (ap = hp->sa, ep = earr, i = 0; i < hp->ns; i++)
169 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
170 +                b = bright(ap[0].v);
171 +                if (i) {                /* from above */
172 +                        d2 = b - bright(ap[-hp->ns].v);
173 +                        d2 *= d2;
174 +                        ep[0] += d2;
175 +                        ep[-hp->ns] += d2;
176 +                }
177 +                if (!j) continue;
178 +                                        /* from behind */
179 +                d2 = b - bright(ap[-1].v);
180 +                d2 *= d2;
181 +                ep[0] += d2;
182 +                ep[-1] += d2;
183 +                if (!i) continue;
184 +                                        /* diagonal */
185 +                d2 = b - bright(ap[-hp->ns-1].v);
186 +                d2 *= d2;
187 +                ep[0] += d2;
188 +                ep[-hp->ns-1] += d2;
189 +            }
190 +                                        /* correct for number of neighbors */
191 +        earr[0] *= 8./3.;
192 +        earr[hp->ns-1] *= 8./3.;
193 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 8./3.;
194 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./3.;
195 +        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
196 +                earr[i*hp->ns] *= 8./5.;
197 +                earr[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./5.;
198 +        }
199 +        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
200 +                earr[j] *= 8./5.;
201 +                earr[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 8./5.;
202 +        }
203 +        return(earr);
204 + }
205 +
206 +
207 + /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
208 + static void
209 + ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
210 + {
211 +        float   *earr = getambdiffs(hp);
212 +        double  e2rem = 0;
213 +        AMBSAMP *ap;
214 +        float   *ep;
215 +        int     i, j, n, nss;
216 +
217 +        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
218 +                return;
219 +                                        /* accumulate estimated variances */
220 +        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
221 +                e2rem += *--ep;
222 +        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
223 +        for (ap = hp->sa, i = 0; i < hp->ns; i++)
224 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++) {
225 +                if (e2rem <= FTINY)
226 +                        goto done;      /* nothing left to do */
227 +                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
228 +                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
229 +                        --cnt;
230 +                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
231 +        }
232 + done:
233 +        free(earr);
234 + }
235 +
236 +
237   static AMBHEMI *
238 < inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
239 <        COLOR   ac,
238 > samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
239 >        COLOR   rcol,
240          RAY     *r,
241          double  wt
242   )
243   {
244          AMBHEMI *hp;
245          double  d;
246 <        int     n, i;
246 >        int     n, i, j;
247                                          /* set number of divisions */
248          if (ambacc <= FTINY &&
249 <                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
249 >                        wt > (d = 0.8*intens(rcol)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
250                  wt = d;                 /* avoid ray termination */
251          n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
252          i = 1 + 5*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
253          if (n < i)
254                  n = i;
255                                          /* allocate sampling array */
256 <        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) +
63 <                                sizeof(struct s_ambsamp)*(n*n - 1));
256 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
257          if (hp == NULL)
258 <                return(NULL);
258 >                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
259          hp->rp = r;
260          hp->ns = n;
261 +        hp->acol[RED] = hp->acol[GRN] = hp->acol[BLU] = 0.0;
262 +        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
263 +        hp->sampOK = 0;
264                                          /* assign coefficient */
265 <        copycolor(hp->acoef, ac);
265 >        copycolor(hp->acoef, rcol);
266          d = 1.0/(n*n);
267          scalecolor(hp->acoef, d);
268                                          /* make tangent plane axes */
269 <        hp->uy[0] = 0.1 - 0.2*frandom();
270 <        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);
269 >        if (!getperpendicular(hp->ux, r->ron, 1))
270 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
271          VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
272 <                                        /* we're ready to sample */
273 <        return(hp);
272 >                                        /* sample divisions */
273 >        for (i = hp->ns; i--; )
274 >            for (j = hp->ns; j--; )
275 >                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
276 >        copycolor(rcol, hp->acol);
277 >        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
278 >                free(hp);
279 >                return(NULL);
280 >        }
281 >        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
282 >                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
283 >                return(hp);
284 >        }
285 >        n = ambssamp*wt + 0.5;
286 >        if (n > 8) {                    /* perform super-sampling? */
287 >                ambsupersamp(hp, n);
288 >                copycolor(rcol, hp->acol);
289 >        }
290 >        return(hp);                     /* all is well */
291   }
292  
293  
294 < static struct s_ambsamp *
295 < ambsample(                              /* sample an ambient direction */
296 <        AMBHEMI *hp,
93 <        int     i,
94 <        int     j
95 < )
294 > /* Return brightness of farthest ambient sample */
295 > static double
296 > back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
297   {
298 <        struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
299 <        RAY                     ar;
300 <        double                  spt[2], zd;
301 <        int                     ii;
101 <                                        /* ambient coefficient for weight */
102 <        if (ambacc > FTINY)
103 <                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
104 <        else
105 <                copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
106 <        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0) {
107 <                setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
108 <                VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
109 <                return(NULL);           /* no sample taken */
298 >        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
299 >                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
300 >                        return(colval(hp->sa[n1].v,CIEY));
301 >                return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
302          }
303 <        if (ambacc > FTINY) {
304 <                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
305 <                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
114 <        }
115 <                                        /* generate hemispherical sample */
116 <        SDsquare2disk(spt,      (i+.1+.8*frandom())/hp->ns,
117 <                                (j+.1+.8*frandom())/hp->ns );
118 <        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
119 <        for (ii = 3; ii--; )
120 <                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
121 <                                spt[1]*hp->uy[ii] +
122 <                                zd*hp->rp->ron[ii];
123 <        checknorm(ar.rdir);
124 <        dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
125 <        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
126 <        ndims--;
127 <        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
128 <        copycolor(ap->v, ar.rcol);
129 <        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
130 <                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, 20.0*maxarad);
131 <        else
132 <                VCOPY(ap->p, ar.rop);
133 <        return(ap);
303 >        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
304 >                return(colval(hp->sa[n2].v,CIEY));
305 >        return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
306   }
307  
308  
309   /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
310   static void
311 < comp_fftri(FFTRI *ftp, float ap0[3], float ap1[3], FVECT rop)
311 > comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
312   {
313 <        FVECT   vcp;
314 <        double  dot_e, dot_er, dot_r, dot_r1, J2;
143 <        int     i;
313 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
314 >        int     ii;
315  
316 <        VSUB(ftp->r_i, ap0, rop);
317 <        VSUB(ftp->r_i1, ap1, rop);
318 <        VSUB(ftp->e_i, ap1, ap0);
319 <        VCROSS(vcp, ftp->e_i, ftp->r_i);
320 <        ftp->nf = 1.0/DOT(vcp,vcp);
316 >        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
317 >        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
318 >        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
319 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
320 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
321          dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
322          dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
323 <        dot_r = DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
324 <        dot_r1 = DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
325 <        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) / sqrt(dot_r*dot_r1) ) *
326 <                        sqrt( ftp->nf );
327 <        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)/dot_r1 - dot_er/dot_r +
328 <                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*ftp->nf;
329 <        J2 =  0.5/dot_e*( 1.0/dot_r - 1.0/dot_r1 ) - dot_er/dot_e*ftp->I2;
330 <        for (i = 3; i--; )
331 <                ftp->rI2_eJ2[i] = ftp->I2*ftp->r_i[i] + J2*ftp->e_i[i];
323 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
324 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
325 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
326 >                        sqrt( rdot_cp );
327 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
328 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
329 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
330 >        for (ii = 3; ii--; )
331 >                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
332   }
333  
334  
# Line 178 | Line 349 | compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
349   static void
350   comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
351   {
352 <        FVECT   vcp;
352 >        FVECT   ncp;
353          FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
354          double  d1, d2, d3, d4;
355          double  I3, J3, K3;
# Line 188 | Line 359 | comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
359          d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
360          d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
361          d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
362 <        I3 = 0.25*ftp->nf*( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 +
363 <                                3.0/d3*ftp->I2 );
362 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
363 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
364          J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
365          K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
366                                          /* intermediate matrices */
367 <        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
368 <        compose_matrix(m1, vcp, ftp->rI2_eJ2);
367 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
368 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
369          compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
370          compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
371          compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
372 <        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->e_i);
202 <        d1 = DOT(nrm, vcp);
372 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
373          d2 = -d1*ftp->I2;
374          d1 *= 2.0;
375          for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
# Line 229 | Line 399 | rev_hessian(FVECT hess[3])
399   /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
400   static void
401   add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
402 <                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], COLORV v)
402 >                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
403   {
404          int     i, j;
405  
# Line 243 | Line 413 | add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
413   static void
414   comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
415   {
416 <        FVECT   vcp;
416 >        FVECT   ncp;
417          double  f1;
418          int     i;
419  
420 <        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
421 <        f1 = 2.0*DOT(nrm, vcp);
252 <        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
420 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
421 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
422          for (i = 3; i--; )
423 <                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*vcp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
423 >                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
424   }
425  
426  
# Line 267 | Line 436 | rev_gradient(FVECT grad)
436  
437   /* Add to displacement gradient from the given triangle */
438   static void
439 < add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, COLORV v)
439 > add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
440   {
441          int     i;
442  
# Line 276 | Line 445 | add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, F
445   }
446  
447  
279 – /* Return brightness of furthest ambient sample */
280 – static COLORV
281 – back_ambval(struct s_ambsamp *ap1, struct s_ambsamp *ap2,
282 –                struct s_ambsamp *ap3, FVECT orig)
283 – {
284 –        COLORV  vback;
285 –        FVECT   vec;
286 –        double  d2, d2best;
287 –
288 –        VSUB(vec, ap1->p, orig);
289 –        d2best = DOT(vec,vec);
290 –        vback = colval(ap1->v,CIEY);
291 –        VSUB(vec, ap2->p, orig);
292 –        d2 = DOT(vec,vec);
293 –        if (d2 > d2best) {
294 –                d2best = d2;
295 –                vback = colval(ap2->v,CIEY);
296 –        }
297 –        VSUB(vec, ap3->p, orig);
298 –        d2 = DOT(vec,vec);
299 –        if (d2 > d2best)
300 –                return(colval(ap3->v,CIEY));
301 –        return(vback);
302 – }
303 –
304 –
448   /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
449 < static int
449 > static void
450   eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
451   {
452          double  hess2[2][2];
# Line 319 | Line 462 | eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3
462          hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
463          hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
464          hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
465 <                                        /* compute eigenvalues */
466 <        if ( quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
467 <                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]) != 2 ||
468 <                        (evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY ||
469 <                        (evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY )
470 <                error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
471 <
465 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
466 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
467 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
468 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
469 >                evalue[1] = evalue[0];
470 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
471 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
472 >                ra[0] = ra[1] = maxarad;
473 >                return;
474 >        }
475          if (evalue[0] > evalue[1]) {
476                  ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
477                  ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
# Line 383 | Line 529 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
529          }
530                                          /* compute first row of edges */
531          for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
532 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,0,j).p,
387 <                                ambsamp(hp,0,j+1).p, hp->rp->rop);
532 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
533                  if (hessrow != NULL)
534                          comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
535                  if (gradrow != NULL)
# Line 394 | Line 539 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
539          for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
540              FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
541              FVECT       gradcol;
542 <            comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,0).p,
398 <                        ambsamp(hp,i+1,0).p, hp->rp->rop);
542 >            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
543              if (hessrow != NULL)
544                  comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
545              if (gradrow != NULL)
# Line 403 | Line 547 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
547              for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
548                  FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
549                  FVECT   graddia;
550 <                COLORV  backg;
551 <                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j), &ambsamp(hp,i,j+1),
552 <                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
550 >                double  backg;
551 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
552 >                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
553                                          /* diagonal (inner) edge */
554 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p,
411 <                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
554 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
555                  if (hessrow != NULL) {
556                      comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
557                      rev_hessian(hesscol);
558                      add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
559                  }
560 <                if (gradient != NULL) {
560 >                if (gradrow != NULL) {
561                      comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
562                      rev_gradient(gradcol);
563                      add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
564                  }
565                                          /* initialize edge in next row */
566 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
424 <                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
566 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
567                  if (hessrow != NULL)
568                      comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
569                  if (gradrow != NULL)
570                      comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
571                                          /* new column edge & paired triangle */
572 <                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j+1), &ambsamp(hp,i+1,j+1),
573 <                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
574 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
433 <                                hp->rp->rop);
572 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
573 >                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
574 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
575                  if (hessrow != NULL) {
576                      comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
577                      rev_hessian(hessdia);
# Line 453 | Line 594 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
594          
595          if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
596                  eigenvectors(uv, ra, hessian);
597 <        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient/PI */
598 <                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]) / PI;
599 <                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]) / PI;
597 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
598 >                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
599 >                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
600          }
601   }
602  
# Line 464 | Line 605 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
605   static void
606   ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
607   {
608 <        struct s_ambsamp        *ap;
609 <        double                  dgsum[2];
610 <        int                     n;
611 <        FVECT                   vd;
612 <        double                  gfact;
608 >        AMBSAMP *ap;
609 >        double  dgsum[2];
610 >        int     n;
611 >        FVECT   vd;
612 >        double  gfact;
613  
614          dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
615          for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
# Line 476 | Line 617 | ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
617                  VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
618                                          /* brightness over cosine factor */
619                  gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
620 <                                        /* -sine = -proj_radius/vd_length */
621 <                dgsum[0] += DOT(uv[1], vd) * gfact;
622 <                dgsum[1] -= DOT(uv[0], vd) * gfact;
620 >                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
621 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
622 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
623          }
624          dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
625          dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
626   }
627  
628  
629 + /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
630 + static uint32
631 + ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
632 + {
633 +        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
634 +        const double    ang_res = 0.5*PI/hp->ns;
635 +        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + 1.01);
636 +        double          avg_d = 0;
637 +        uint32          flgs = 0;
638 +        FVECT           vec;
639 +        double          u, v;
640 +        double          ang, a1;
641 +        int             i, j;
642 +                                        /* don't bother for a few samples */
643 +        if (hp->ns < 8)
644 +                return(0);
645 +                                        /* check distances overhead */
646 +        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
647 +            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
648 +                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
649 +        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
650 +        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
651 +                return(0);
652 +        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
653 +                return(0);
654 +                                        /* else circle around perimeter */
655 +        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
656 +            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
657 +                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
658 +                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
659 +                        continue;       /* too far or too near */
660 +                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
661 +                u = DOT(vec, uv[0]);
662 +                v = DOT(vec, uv[1]);
663 +                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
664 +                        continue;       /* occluder outside ellipse */
665 +                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
666 +                for (a1 = ang-ang_res; a1 <= ang+ang_res; a1 += ang_step)
667 +                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
668 +            }
669 +                                        /* add low-angle incident (< 20deg) */
670 +        if (fabs(hp->rp->rod) <= 0.342) {
671 +                u = -DOT(hp->rp->rdir, uv[0]);
672 +                v = -DOT(hp->rp->rdir, uv[1]);
673 +                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) > hp->rp->rot*hp->rp->rot) {
674 +                        ang = atan2a(v, u);
675 +                        ang += 2.*PI*(ang < 0);
676 +                        ang *= 16/PI;
677 +                        if ((ang < .5) | (ang >= 31.5))
678 +                                flgs |= 0x80000001;
679 +                        else
680 +                                flgs |= 3L<<(int)(ang-.5);
681 +                }
682 +        }
683 +        return(flgs);
684 + }
685 +
686 +
687   int
688   doambient(                              /* compute ambient component */
689          COLOR   rcol,                   /* input/output color */
# Line 493 | Line 692 | doambient(                             /* compute ambient component */
692          FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
693          float   ra[2],                  /* returned (optional) */
694          float   pg[2],                  /* returned (optional) */
695 <        float   dg[2]                   /* returned (optional) */
695 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
696 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
697   )
698   {
699 <        AMBHEMI                 *hp = inithemi(rcol, r, wt);
700 <        int                     cnt = 0;
701 <        FVECT                   my_uv[2];
702 <        double                  d, acol[3];
703 <        struct s_ambsamp        *ap;
704 <        int                     i, j;
505 <                                        /* check/initialize */
506 <        if (hp == NULL)
507 <                return(0);
699 >        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
700 >        FVECT   my_uv[2];
701 >        double  d, K;
702 >        AMBSAMP *ap;
703 >        int     i;
704 >                                        /* clear return values */
705          if (uv != NULL)
706                  memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
707          if (ra != NULL)
# Line 513 | Line 710 | doambient(                             /* compute ambient component */
710                  pg[0] = pg[1] = 0.0;
711          if (dg != NULL)
712                  dg[0] = dg[1] = 0.0;
713 <                                        /* sample the hemisphere */
714 <        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
715 <        for (i = hp->ns; i--; )
716 <                for (j = hp->ns; j--; )
717 <                        if ((ap = ambsample(hp, i, j)) != NULL) {
718 <                                addcolor(acol, ap->v);
719 <                                ++cnt;
720 <                        }
721 <        if (!cnt) {
525 <                setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
526 <                free(hp);
527 <                return(0);              /* no valid samples */
713 >        if (crlp != NULL)
714 >                *crlp = 0;
715 >        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
716 >                return(0);
717 >
718 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
719 >                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < 6)) {
720 >                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
721 >                return(-1);             /* value-only return value */
722          }
723 <        copycolor(rcol, acol);          /* final indirect irradiance/PI */
724 <        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
725 <                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
726 <                free(hp);
727 <                return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
723 >        if ((d = bright(rcol)) > FTINY) {       /* normalize Y values */
724 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;
725 >                K = 0.01;
726 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
727 >                K = 1.0;
728 >                pg = NULL;
729 >                dg = NULL;
730 >                crlp = NULL;
731          }
535 –        multcolor(acol, hp->acoef);     /* normalize Y values */
536 –        if ((d = bright(acol)) > FTINY)
537 –                d = 1.0/d;
538 –        else
539 –                d = 0.0;
732          ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
733          for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
734 <                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + 0.0314;
734 >                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + K;
735  
736          if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
737                  uv = my_uv;
# Line 550 | Line 742 | doambient(                             /* compute ambient component */
742                  ambdirgrad(hp, uv, dg);
743  
744          if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
745 +                if (pg != NULL) {
746 +                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
747 +                                ra[0] = 1.0/d;
748 +                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
749 +                                ra[1] = 1.0/d;
750 +                        if (ra[0] > ra[1])
751 +                                ra[0] = ra[1];
752 +                }
753                  if (ra[0] < minarad) {
754                          ra[0] = minarad;
755                          if (ra[1] < minarad)
756                                  ra[1] = minarad;
757                  }
758 <                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(sqrt(wt));
758 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(wt);
759                  if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
760                          ra[1] = 2.0*ra[0];
761                  if (ra[1] > maxarad) {
762                          ra[1] = maxarad;
763                          if (ra[0] > maxarad)
764                                  ra[0] = maxarad;
765 +                }
766 +                                        /* flag encroached directions */
767 +                if (crlp != NULL)
768 +                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
769 +                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
770 +                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
771 +                        if (d > 1.0) {
772 +                                d = 1.0/sqrt(d);
773 +                                pg[0] *= d;
774 +                                pg[1] *= d;
775 +                        }
776                  }
777          }
778          free(hp);                       /* clean up and return */

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