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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.27 by greg, Sat Apr 19 02:39:44 2014 UTC vs.
Revision 2.60 by greg, Sat May 17 00:49:17 2014 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 22 | Line 26 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
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 */
36          FVECT   ux, uy;         /* tangent axis unit vectors */
37          int     ns;             /* number of samples per axis */
38          COLOR   acoef;          /* division contribution coefficient */
39 <        struct s_ambsamp {
30 <                COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
31 <                float   p[3];           /* intersection point */
32 <        } sa[1];                /* sample array (extends struct) */
39 >        AMBSAMP sa[1];          /* sample array (extends struct) */
40   }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
41  
42 < #define ambsamp(h,i,j)  (h)->sa[(i)*(h)->ns + (j)]
42 > #define AI(h,i,j)       ((i)*(h)->ns + (j))
43 > #define ambsam(h,i,j)   (h)->sa[AI(h,i,j)]
44  
45   typedef struct {
46 <        FVECT   r_i, r_i1, e_i;
47 <        double  nf, I1, I2, J2;
46 >        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rcp, rI2_eJ2;
47 >        double  I1, I2;
48   } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
49  
50  
# Line 59 | Line 67 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
67          if (n < i)
68                  n = i;
69                                          /* allocate sampling array */
70 <        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) +
63 <                                sizeof(struct s_ambsamp)*(n*n - 1));
70 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
71          if (hp == NULL)
72                  return(NULL);
73          hp->rp = r;
# Line 69 | Line 76 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
76          copycolor(hp->acoef, ac);
77          d = 1.0/(n*n);
78          scalecolor(hp->acoef, d);
79 <                                        /* make tangent axes */
80 <        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
81 <        for (i = 0; i < 3; i++)
82 <                if (r->ron[i] < 0.6 && r->ron[i] > -0.6)
79 >                                        /* make tangent plane axes */
80 >        hp->uy[0] = 0.5 - frandom();
81 >        hp->uy[1] = 0.5 - frandom();
82 >        hp->uy[2] = 0.5 - frandom();
83 >        for (i = 3; i--; )
84 >                if ((-0.6 < r->ron[i]) & (r->ron[i] < 0.6))
85                          break;
86 <        if (i >= 3)
87 <                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi()");
86 >        if (i < 0)
87 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
88          hp->uy[i] = 1.0;
89          VCROSS(hp->ux, hp->uy, r->ron);
90          normalize(hp->ux);
# Line 85 | Line 94 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
94   }
95  
96  
97 + /* Sample ambient division and apply weighting coefficient */
98   static int
99 < ambsample(                              /* sample an ambient direction */
90 <        AMBHEMI *hp,
91 <        int     i,
92 <        int     j
93 < )
99 > getambsamp(RAY *arp, AMBHEMI *hp, int i, int j, int n)
100   {
101 <        struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
102 <        RAY                     ar;
97 <        int                     hlist[3];
98 <        double                  spt[2], zd;
99 <        int                     ii;
101 >        int     hlist[3], ii;
102 >        double  spt[2], zd;
103                                          /* ambient coefficient for weight */
104          if (ambacc > FTINY)
105 <                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
105 >                setcolor(arp->rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
106          else
107 <                copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
108 <        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0) {
109 <                setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
107 <                VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
108 <                return(0);              /* no sample taken */
109 <        }
107 >                copycolor(arp->rcoef, hp->acoef);
108 >        if (rayorigin(arp, AMBIENT, hp->rp, arp->rcoef) < 0)
109 >                return(0);
110          if (ambacc > FTINY) {
111 <                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
112 <                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
111 >                multcolor(arp->rcoef, hp->acoef);
112 >                scalecolor(arp->rcoef, 1./AVGREFL);
113          }
114 <                                        /* generate hemispherical sample */
115 <        SDsquare2disk(spt,      (i+.1+.8*frandom())/hp->ns,
116 <                                (j+.1+.8*frandom())/hp->ns);
114 >        hlist[0] = hp->rp->rno;
115 >        hlist[1] = j;
116 >        hlist[2] = i;
117 >        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
118 >        if (!n) {                       /* avoid border samples for n==0 */
119 >                if ((spt[0] < 0.1) | (spt[0] >= 0.9))
120 >                        spt[0] = 0.1 + 0.8*frandom();
121 >                if ((spt[1] < 0.1) | (spt[1] >= 0.9))
122 >                        spt[1] = 0.1 + 0.8*frandom();
123 >        }
124 >        SDsquare2disk(spt, (j+spt[1])/hp->ns, (i+spt[0])/hp->ns);
125          zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
126          for (ii = 3; ii--; )
127 <                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
127 >                arp->rdir[ii] = spt[0]*hp->ux[ii] +
128                                  spt[1]*hp->uy[ii] +
129                                  zd*hp->rp->ron[ii];
130 <        checknorm(ar.rdir);
131 <        dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
132 <        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
133 <        ndims--;
134 <        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
127 <        copycolor(ap->v, ar.rcol);
128 <        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
129 <                ar.rt = 20.0*maxarad;
130 <        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
130 >        checknorm(arp->rdir);
131 >        dimlist[ndims++] = AI(hp,i,j) + 90171;
132 >        rayvalue(arp);                  /* evaluate ray */
133 >        ndims--;                        /* apply coefficient */
134 >        multcolor(arp->rcol, arp->rcoef);
135          return(1);
136   }
137  
138  
139 + static AMBSAMP *
140 + ambsample(                              /* initial ambient division sample */
141 +        AMBHEMI *hp,
142 +        int     i,
143 +        int     j
144 + )
145 + {
146 +        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
147 +        RAY     ar;
148 +                                        /* generate hemispherical sample */
149 +        if (!getambsamp(&ar, hp, i, j, 0) || ar.rt <= FTINY) {
150 +                memset(ap, 0, sizeof(AMBSAMP));
151 +                return(NULL);
152 +        }
153 +        ap->d = 1.0/ar.rt;              /* limit vertex distance */
154 +        if (ar.rt > 10.0*thescene.cusize)
155 +                ar.rt = 10.0*thescene.cusize;
156 +        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
157 +        copycolor(ap->v, ar.rcol);
158 +        return(ap);
159 + }
160 +
161 +
162 + /* Estimate errors based on ambient division differences */
163 + static float *
164 + getambdiffs(AMBHEMI *hp)
165 + {
166 +        float   *earr = (float *)calloc(hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
167 +        float   *ep;
168 +        AMBSAMP *ap;
169 +        double  b, d2;
170 +        int     i, j;
171 +
172 +        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
173 +                return(NULL);
174 +                                        /* compute squared neighbor diffs */
175 +        for (ap = hp->sa, ep = earr, i = 0; i < hp->ns; i++)
176 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
177 +                b = bright(ap[0].v);
178 +                if (i) {                /* from above */
179 +                        d2 = b - bright(ap[-hp->ns].v);
180 +                        d2 *= d2;
181 +                        ep[0] += d2;
182 +                        ep[-hp->ns] += d2;
183 +                }
184 +                if (!j) continue;
185 +                                        /* from behind */
186 +                d2 = b - bright(ap[-1].v);
187 +                d2 *= d2;
188 +                ep[0] += d2;
189 +                ep[-1] += d2;
190 +                if (!i) continue;
191 +                                        /* diagonal */
192 +                d2 = b - bright(ap[-hp->ns-1].v);
193 +                d2 *= d2;
194 +                ep[0] += d2;
195 +                ep[-hp->ns-1] += d2;
196 +            }
197 +                                        /* correct for number of neighbors */
198 +        earr[0] *= 8./3.;
199 +        earr[hp->ns-1] *= 8./3.;
200 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 8./3.;
201 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./3.;
202 +        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
203 +                earr[i*hp->ns] *= 8./5.;
204 +                earr[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./5.;
205 +        }
206 +        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
207 +                earr[j] *= 8./5.;
208 +                earr[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 8./5.;
209 +        }
210 +        return(earr);
211 + }
212 +
213 +
214 + /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
215 + static void
216 + ambsupersamp(double acol[3], AMBHEMI *hp, int cnt)
217 + {
218 +        float   *earr = getambdiffs(hp);
219 +        double  e2rem = 0;
220 +        AMBSAMP *ap;
221 +        RAY     ar;
222 +        double  asum[3];
223 +        float   *ep;
224 +        int     i, j, n, nss;
225 +
226 +        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
227 +                return;
228 +                                        /* accumulate estimated variances */
229 +        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
230 +                e2rem += *--ep;
231 +        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
232 +        for (ap = hp->sa, i = 0; i < hp->ns; i++)
233 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++) {
234 +                if (e2rem <= FTINY)
235 +                        goto done;      /* nothing left to do */
236 +                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
237 +                asum[0] = asum[1] = asum[2] = 0.0;
238 +                for (n = 1; n <= nss; n++) {
239 +                        if (!getambsamp(&ar, hp, i, j, n)) {
240 +                                nss = n-1;
241 +                                break;
242 +                        }
243 +                        addcolor(asum, ar.rcol);
244 +                }
245 +                if (nss) {              /* update returned ambient value */
246 +                        const double    ssf = 1./(nss + 1.);
247 +                        for (n = 3; n--; )
248 +                                acol[n] += ssf*asum[n] +
249 +                                                (ssf - 1.)*colval(ap->v,n);
250 +                }
251 +                e2rem -= *ep++;         /* update remainders */
252 +                cnt -= nss;
253 +        }
254 + done:
255 +        free(earr);
256 + }
257 +
258 +
259 + /* Return brightness of farthest ambient sample */
260 + static double
261 + back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
262 + {
263 +        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
264 +                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
265 +                        return(colval(hp->sa[n1].v,CIEY));
266 +                return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
267 +        }
268 +        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
269 +                return(colval(hp->sa[n2].v,CIEY));
270 +        return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
271 + }
272 +
273 +
274   /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
275   static void
276 < comp_fftri(FFTRI *ftp, float ap0[3], float ap1[3], FVECT rop)
276 > comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
277   {
278 <        FVECT   v1;
279 <        double  dot_e, dot_er, dot_r, dot_r1;
278 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
279 >        int     ii;
280  
281 <        VSUB(ftp->r_i, ap0, rop);
282 <        VSUB(ftp->r_i1, ap1, rop);
283 <        VSUB(ftp->e_i, ap1, ap0);
284 <        VCROSS(v1, ftp->e_i, ftp->r_i);
285 <        ftp->nf = 1.0/DOT(v1,v1);
147 <        VCROSS(v1, ftp->r_i, ftp->r_i1);
148 <        ftp->I1 = sqrt(DOT(v1,v1)*ftp->nf);
281 >        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
282 >        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
283 >        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
284 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
285 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
286          dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
287          dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
288 <        dot_r = DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
289 <        dot_r1 = DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
290 <        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)/dot_r1 - dot_er/dot_r +
291 <                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*ftp->nf;
292 <        ftp->J2 =  0.25*ftp->nf*( 1.0/dot_r - 1.0/dot_r1 ) -
293 <                        dot_er/dot_e*ftp->I2;
288 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
289 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
290 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
291 >                        sqrt( rdot_cp );
292 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
293 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
294 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
295 >        for (ii = 3; ii--; )
296 >                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
297   }
298  
299  
300 < /* Compose matrix from two vectors */
300 > /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
301   static void
302   compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
303   {
# Line 174 | Line 314 | compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
314   static void
315   comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
316   {
317 <        FVECT   v1, v2;
317 >        FVECT   ncp;
318          FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
319          double  d1, d2, d3, d4;
320          double  I3, J3, K3;
# Line 184 | Line 324 | comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
324          d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
325          d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
326          d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
327 <        I3 = 0.25*ftp->nf*( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 +
328 <                                3.0*ftp->I2*d3 );
327 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
328 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
329          J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
330          K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
331                                          /* intermediate matrices */
332 <        VCROSS(v1, nrm, ftp->e_i);
333 <        for (j = 3; j--; )
194 <                v2[i] = ftp->I2*ftp->r_i[j] + ftp->J2*ftp->e_i[j];
195 <        compose_matrix(m1, v1, v2);
332 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
333 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
334          compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
335          compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
336          compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
337 <        VCROSS(v1, ftp->r_i, ftp->e_i);
200 <        d1 = DOT(nrm, v1);
337 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
338          d2 = -d1*ftp->I2;
339          d1 *= 2.0;
340          for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
# Line 227 | Line 364 | rev_hessian(FVECT hess[3])
364   /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
365   static void
366   add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
367 <                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], COLORV v)
367 >                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
368   {
369          int     i, j;
370  
# Line 241 | Line 378 | add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
378   static void
379   comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
380   {
381 <        FVECT   vcp;
381 >        FVECT   ncp;
382          double  f1;
383          int     i;
384  
385 <        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
386 <        f1 = 2.0*DOT(nrm, vcp);
250 <        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
385 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
386 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
387          for (i = 3; i--; )
388 <                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*vcp[i] +
253 <                            f1*(ftp->I2*ftp->r_i[i] + ftp->J2*ftp->e_i[i]) );
388 >                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
389   }
390  
391  
# Line 266 | Line 401 | rev_gradient(FVECT grad)
401  
402   /* Add to displacement gradient from the given triangle */
403   static void
404 < add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, COLORV v)
404 > add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
405   {
406          int     i;
407  
# Line 275 | Line 410 | add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, F
410   }
411  
412  
278 – /* Return brightness of furthest ambient sample */
279 – static COLORV
280 – back_ambval(struct s_ambsamp *ap1, struct s_ambsamp *ap2,
281 –                struct s_ambsamp *ap3, FVECT orig)
282 – {
283 –        COLORV  vback;
284 –        FVECT   vec;
285 –        double  d2, d2best;
286 –
287 –        VSUB(vec, ap1->p, orig);
288 –        d2best = DOT(vec,vec);
289 –        vback = ap1->v[CIEY];
290 –        VSUB(vec, ap2->p, orig);
291 –        d2 = DOT(vec,vec);
292 –        if (d2 > d2best) {
293 –                d2best = d2;
294 –                vback = ap2->v[CIEY];
295 –        }
296 –        VSUB(vec, ap3->p, orig);
297 –        d2 = DOT(vec,vec);
298 –        if (d2 > d2best)
299 –                return(ap3->v[CIEY]);
300 –        return(vback);
301 – }
302 –
303 –
413   /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
414 < static int
414 > static void
415   eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
416   {
417          double  hess2[2][2];
# Line 318 | Line 427 | eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3
427          hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
428          hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
429          hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
430 <                                        /* compute eigenvalues */
431 <        if (quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
432 <                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]) != 2 ||
433 <                        (evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY*FTINY ||
434 <                        (evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY*FTINY)
435 <                error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
436 <
430 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
431 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
432 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
433 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
434 >                evalue[1] = evalue[0];
435 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
436 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
437 >                ra[0] = ra[1] = maxarad;
438 >                return;
439 >        }
440          if (evalue[0] > evalue[1]) {
441 <                ra[0] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[0]));
442 <                ra[1] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[1]));
441 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
442 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
443                  slope1 = evalue[1];
444          } else {
445 <                ra[0] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[1]));
446 <                ra[1] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[0]));
445 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
446 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
447                  slope1 = evalue[0];
448          }
449                                          /* compute unit eigenvectors */
# Line 352 | Line 464 | static void
464   ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
465          AMBHEMI *hp,
466          FVECT   uv[2],                  /* returned */
467 <        float   ra[2],                  /* returned */
468 <        float   pg[2]                   /* returned */
467 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
468 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
469   )
470   {
471          static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
# Line 368 | Line 480 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
480          VCOPY(uv[1], hp->uy);
481                          /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
482          if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
483 <                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*hp->ns);
483 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
484                  if (hessrow == NULL)
485                          error(SYSTEM, memerrmsg);
486                  memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
487          } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
488                  return;
489          if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
490 <                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*hp->ns);
490 >                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
491                  if (gradrow == NULL)
492                          error(SYSTEM, memerrmsg);
493                  memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
494          }
495                                          /* compute first row of edges */
496          for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
497 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,0,j).p,
386 <                                ambsamp(hp,0,j+1).p, hp->rp->rop);
497 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
498                  if (hessrow != NULL)
499                          comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
500                  if (gradrow != NULL)
# Line 393 | Line 504 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
504          for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
505              FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
506              FVECT       gradcol;
507 <            comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,0).p,
397 <                        ambsamp(hp,i+1,0).p, hp->rp->rop);
507 >            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
508              if (hessrow != NULL)
509                  comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
510              if (gradrow != NULL)
# Line 402 | Line 512 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
512              for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
513                  FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
514                  FVECT   graddia;
515 <                COLORV  backg;
516 <                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j), &ambsamp(hp,i,j+1),
517 <                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
515 >                double  backg;
516 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
517 >                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
518                                          /* diagonal (inner) edge */
519 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p,
410 <                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
519 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
520                  if (hessrow != NULL) {
521                      comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
522                      rev_hessian(hesscol);
523                      add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
524                  }
525 <                if (gradient != NULL) {
525 >                if (gradrow != NULL) {
526                      comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
527                      rev_gradient(gradcol);
528                      add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
529                  }
530                                          /* initialize edge in next row */
531 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
423 <                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
531 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
532                  if (hessrow != NULL)
533                      comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
534                  if (gradrow != NULL)
535                      comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
536                                          /* new column edge & paired triangle */
537 <                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j+1), &ambsamp(hp,i+1,j+1),
538 <                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
539 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
432 <                                hp->rp->rop);
537 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
538 >                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
539 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
540                  if (hessrow != NULL) {
541                      comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
542                      rev_hessian(hessdia);
# Line 452 | Line 559 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
559          
560          if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
561                  eigenvectors(uv, ra, hessian);
562 <        if (pg != NULL) {               /* project position gradient */
562 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
563                  pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
564                  pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
565          }
# Line 463 | Line 570 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
570   static void
571   ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
572   {
573 <        struct s_ambsamp        *ap;
574 <        int                     n;
573 >        AMBSAMP *ap;
574 >        double  dgsum[2];
575 >        int     n;
576 >        FVECT   vd;
577 >        double  gfact;
578  
579 <        dg[0] = dg[1] = 0;
579 >        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
580          for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
471 –                FVECT   vd;
472 –                double  gfact;
581                                          /* use vector for azimuth + 90deg */
582                  VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
583 <                                        /* brightness with tangent factor */
584 <                gfact = ap->v[CIEY] / DOT(hp->rp->ron, vd);
583 >                                        /* brightness over cosine factor */
584 >                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
585                                          /* sine = proj_radius/vd_length */
586 <                dg[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact ;
587 <                dg[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
586 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
587 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
588          }
589 +        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
590 +        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
591   }
592  
593  
594 + /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
595 + static uint32
596 + ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
597 + {
598 +        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
599 +        const double    ang_res = 0.5*PI/(hp->ns-1);
600 +        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + (1+FTINY));
601 +        double          avg_d = 0;
602 +        uint32          flgs = 0;
603 +        FVECT           vec;
604 +        double          u, v;
605 +        double          ang, a1;
606 +        int             i, j;
607 +                                        /* don't bother for a few samples */
608 +        if (hp->ns < 12)
609 +                return(0);
610 +                                        /* check distances overhead */
611 +        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
612 +            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
613 +                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
614 +        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
615 +        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
616 +                return(0);
617 +        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
618 +                return(0);
619 +                                        /* else circle around perimeter */
620 +        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
621 +            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
622 +                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
623 +                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
624 +                        continue;       /* too far or too near */
625 +                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
626 +                u = DOT(vec, uv[0]) * ap->d;
627 +                v = DOT(vec, uv[1]) * ap->d;
628 +                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= 1.0)
629 +                        continue;       /* occluder outside ellipse */
630 +                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
631 +                for (a1 = ang-.5*ang_res; a1 <= ang+.5*ang_res; a1 += ang_step)
632 +                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
633 +            }
634 +                                        /* add low-angle incident (< 20deg) */
635 +        if (fabs(hp->rp->rod) <= 0.342) {
636 +                u = -DOT(hp->rp->rdir, uv[0]);
637 +                v = -DOT(hp->rp->rdir, uv[1]);
638 +                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) > hp->rp->rot*hp->rp->rot) {
639 +                        ang = atan2a(v, u);
640 +                        ang += 2.*PI*(ang < 0);
641 +                        ang *= 16/PI;
642 +                        if ((ang < .5) | (ang >= 31.5))
643 +                                flgs |= 0x80000001;
644 +                        else
645 +                                flgs |= 3L<<(int)(ang-.5);
646 +                }
647 +        }
648 +        return(flgs);
649 + }
650 +
651 +
652   int
653   doambient(                              /* compute ambient component */
654          COLOR   rcol,                   /* input/output color */
# Line 489 | Line 657 | doambient(                             /* compute ambient component */
657          FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
658          float   ra[2],                  /* returned (optional) */
659          float   pg[2],                  /* returned (optional) */
660 <        float   dg[2]                   /* returned (optional) */
660 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
661 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
662   )
663   {
664 <        int                     cnt = 0;
665 <        FVECT                   my_uv[2];
666 <        AMBHEMI                 *hp;
667 <        double                  d, acol[3];
668 <        struct s_ambsamp        *ap;
669 <        int                     i, j;
670 <                                        /* initialize */
671 <        if ((hp = inithemi(rcol, r, wt)) == NULL)
664 >        AMBHEMI *hp = inithemi(rcol, r, wt);
665 >        int     cnt;
666 >        FVECT   my_uv[2];
667 >        double  d, K, acol[3];
668 >        AMBSAMP *ap;
669 >        int     i, j;
670 >                                        /* check/initialize */
671 >        if (hp == NULL)
672                  return(0);
673          if (uv != NULL)
674                  memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
# Line 509 | Line 678 | doambient(                             /* compute ambient component */
678                  pg[0] = pg[1] = 0.0;
679          if (dg != NULL)
680                  dg[0] = dg[1] = 0.0;
681 +        if (crlp != NULL)
682 +                *crlp = 0;
683                                          /* sample the hemisphere */
684          acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
685 +        cnt = 0;
686          for (i = hp->ns; i--; )
687                  for (j = hp->ns; j--; )
688 <                        if (ambsample(hp, i, j)) {
517 <                                ap = &ambsamp(hp,i,j);
688 >                        if ((ap = ambsample(hp, i, j)) != NULL) {
689                                  addcolor(acol, ap->v);
690                                  ++cnt;
691                          }
692 <        if (!cnt) {
693 <                setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
694 <                free(hp);
695 <                return(0);              /* no valid samples */
692 >        if ((hp->ns < 4) | (cnt < hp->ns*hp->ns)) {
693 >                free(hp);               /* inadequate sampling */
694 >                copycolor(rcol, acol);
695 >                return(-cnt);           /* value-only result */
696          }
697 <        d = 1.0 / cnt;                  /* final indirect irradiance/PI */
698 <        acol[0] *= d; acol[1] *= d; acol[2] *= d;
699 <        copycolor(rcol, acol);
700 <        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
701 <                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
697 >        cnt = ambssamp*wt + 0.5;        /* perform super-sampling? */
698 >        if (cnt > 8)
699 >                ambsupersamp(acol, hp, cnt);
700 >        copycolor(rcol, acol);          /* final indirect irradiance/PI */
701 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
702                  free(hp);
703 <                return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
703 >                return(-1);             /* no Hessian or gradients requested */
704          }
705 <        d = 0.01 * bright(rcol);        /* add in 1% before Hessian comp. */
706 <        if (d < FTINY) d = FTINY;
707 <        ap = hp->sa;                    /* using Y channel from here on... */
705 >        if ((d = bright(acol)) > FTINY) {       /* normalize Y values */
706 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;
707 >                K = 0.01;
708 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
709 >                K = 1.0;
710 >                pg = NULL;
711 >                dg = NULL;
712 >                crlp = NULL;
713 >        }
714 >        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
715          for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
716 <                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v) + d;
716 >                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + K;
717  
718          if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
719                  uv = my_uv;
720                                          /* compute radii & pos. gradient */
721          ambHessian(hp, uv, ra, pg);
722 +
723          if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
724                  ambdirgrad(hp, uv, dg);
725 <        if (ra != NULL) {               /* adjust/clamp radii */
726 <                d = sqrt(sqrt((4.0/PI)*bright(rcol)/wt));
727 <                if ((ra[0] *= d) > maxarad)
728 <                        ra[0] = maxarad;
725 >
726 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
727 >                if (pg != NULL) {
728 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
729 >                                ra[0] = 1.0/d;
730 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
731 >                                ra[1] = 1.0/d;
732 >                        if (ra[0] > ra[1])
733 >                                ra[0] = ra[1];
734 >                }
735 >                if (ra[0] < minarad) {
736 >                        ra[0] = minarad;
737 >                        if (ra[1] < minarad)
738 >                                ra[1] = minarad;
739 >                }
740 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(wt);
741                  if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
742                          ra[1] = 2.0*ra[0];
743 +                if (ra[1] > maxarad) {
744 +                        ra[1] = maxarad;
745 +                        if (ra[0] > maxarad)
746 +                                ra[0] = maxarad;
747 +                }
748 +                                        /* flag encroached directions */
749 +                if ((wt >= 0.89*AVGREFL) & (crlp != NULL))
750 +                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
751 +                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
752 +                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
753 +                        if (d > 1.0) {
754 +                                d = 1.0/sqrt(d);
755 +                                pg[0] *= d;
756 +                                pg[1] *= d;
757 +                        }
758 +                }
759          }
760          free(hp);                       /* clean up and return */
761          return(1);

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