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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.25 by greg, Fri Apr 11 20:31:37 2014 UTC vs.
Revision 2.70 by greg, Thu May 21 05:54:54 2015 UTC

# Line 4 | Line 4 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
4   /*
5   * Routines to compute "ambient" values using Monte Carlo
6   *
7 + *  Hessian calculations based on "Practical Hessian-Based Error Control
8 + *      for Irradiance Caching" by Schwarzhaupt, Wann Jensen, & Jarosz
9 + *      from ACM SIGGRAPH Asia 2012 conference proceedings.
10 + *
11 + *  Added book-keeping optimization to avoid calculations that would
12 + *      cancel due to traversal both directions on edges that are adjacent
13 + *      to same-valued triangles.  This cuts about half of Hessian math.
14 + *
15   *  Declarations of external symbols in ambient.h
16   */
17  
# Line 13 | Line 21 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
21   #include  "ambient.h"
22   #include  "random.h"
23  
24 < #ifdef NEWAMB
24 > #ifndef OLDAMB
25 >
26 > extern void             SDsquare2disk(double ds[2], double seedx, double seedy);
27 >
28 > typedef struct {
29 >        COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
30 >        float   d;              /* reciprocal distance (1/rt) */
31 >        FVECT   p;              /* intersection point */
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 >        COLOR   acoef;          /* division contribution coefficient */
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 AI(h,i,j)       ((i)*(h)->ns + (j))
45 > #define ambsam(h,i,j)   (h)->sa[AI(h,i,j)]
46 >
47 > typedef struct {
48 >        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rcp, rI2_eJ2;
49 >        double  I1, I2;
50 > } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
51 >
52 >
53 > static int
54 > ambsample(                              /* initial ambient division sample */
55 >        AMBHEMI *hp,
56 >        int     i,
57 >        int     j,
58 >        int     n
59 > )
60 > {
61 >        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
62 >        RAY     ar;
63 >        int     hlist[3], ii;
64 >        double  spt[2], zd;
65 >                                        /* generate hemispherical sample */
66 >                                        /* ambient coefficient for weight */
67 >        if (ambacc > FTINY)
68 >                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
69 >        else
70 >                copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
71 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
72 >                return(0);
73 >        if (ambacc > FTINY) {
74 >                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
75 >                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
76 >        }
77 >        hlist[0] = hp->rp->rno;
78 >        hlist[1] = j;
79 >        hlist[2] = i;
80 >        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
81 >                                        /* avoid coincident samples */
82 >        if (!n && (0 < i) & (i < hp->ns-1) &&
83 >                        (0 < j) & (j < hp->ns-1)) {
84 >                if ((spt[0] < 0.1) | (spt[0] >= 0.9))
85 >                        spt[0] = 0.1 + 0.8*frandom();
86 >                if ((spt[1] < 0.1) | (spt[1] >= 0.9))
87 >                        spt[1] = 0.1 + 0.8*frandom();
88 >        }
89 >        SDsquare2disk(spt, (j+spt[1])/hp->ns, (i+spt[0])/hp->ns);
90 >        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
91 >        for (ii = 3; ii--; )
92 >                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
93 >                                spt[1]*hp->uy[ii] +
94 >                                zd*hp->rp->ron[ii];
95 >        checknorm(ar.rdir);
96 >        dimlist[ndims++] = AI(hp,i,j) + 90171;
97 >        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
98 >        ndims--;
99 >        if (ar.rt <= FTINY)
100 >                return(0);              /* should never happen */
101 >        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
102 >        if (ar.rt*ap->d < 1.0)          /* new/closer distance? */
103 >                ap->d = 1.0/ar.rt;
104 >        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
105 >                if (ar.rt > 10.0*thescene.cusize)
106 >                        ar.rt = 10.0*thescene.cusize;
107 >                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
108 >                copycolor(ap->v, ar.rcol);
109 >        } else {                        /* else update recorded value */
110 >                hp->acol[RED] -= colval(ap->v,RED);
111 >                hp->acol[GRN] -= colval(ap->v,GRN);
112 >                hp->acol[BLU] -= colval(ap->v,BLU);
113 >                zd = 1.0/(double)(n+1);
114 >                scalecolor(ar.rcol, zd);
115 >                zd *= (double)n;
116 >                scalecolor(ap->v, zd);
117 >                addcolor(ap->v, ar.rcol);
118 >        }
119 >        addcolor(hp->acol, ap->v);      /* add to our sum */
120 >        return(1);
121 > }
122 >
123 >
124 > /* Estimate errors based on ambient division differences */
125 > static float *
126 > getambdiffs(AMBHEMI *hp)
127 > {
128 >        float   *earr = (float *)calloc(hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
129 >        float   *ep;
130 >        AMBSAMP *ap;
131 >        double  b, d2;
132 >        int     i, j;
133 >
134 >        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
135 >                return(NULL);
136 >                                        /* compute squared neighbor diffs */
137 >        for (ap = hp->sa, ep = earr, i = 0; i < hp->ns; i++)
138 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
139 >                b = bright(ap[0].v);
140 >                if (i) {                /* from above */
141 >                        d2 = b - bright(ap[-hp->ns].v);
142 >                        d2 *= d2;
143 >                        ep[0] += d2;
144 >                        ep[-hp->ns] += d2;
145 >                }
146 >                if (!j) continue;
147 >                                        /* from behind */
148 >                d2 = b - bright(ap[-1].v);
149 >                d2 *= d2;
150 >                ep[0] += d2;
151 >                ep[-1] += d2;
152 >                if (!i) continue;
153 >                                        /* diagonal */
154 >                d2 = b - bright(ap[-hp->ns-1].v);
155 >                d2 *= d2;
156 >                ep[0] += d2;
157 >                ep[-hp->ns-1] += d2;
158 >            }
159 >                                        /* correct for number of neighbors */
160 >        earr[0] *= 8./3.;
161 >        earr[hp->ns-1] *= 8./3.;
162 >        earr[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 8./3.;
163 >        earr[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./3.;
164 >        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
165 >                earr[i*hp->ns] *= 8./5.;
166 >                earr[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./5.;
167 >        }
168 >        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
169 >                earr[j] *= 8./5.;
170 >                earr[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 8./5.;
171 >        }
172 >        return(earr);
173 > }
174 >
175 >
176 > /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
177 > static void
178 > ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
179 > {
180 >        float   *earr = getambdiffs(hp);
181 >        double  e2rem = 0;
182 >        AMBSAMP *ap;
183 >        float   *ep;
184 >        int     i, j, n, nss;
185 >
186 >        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
187 >                return;
188 >                                        /* accumulate estimated variances */
189 >        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
190 >                e2rem += *--ep;
191 >        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
192 >        for (ap = hp->sa, i = 0; i < hp->ns; i++)
193 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++) {
194 >                if (e2rem <= FTINY)
195 >                        goto done;      /* nothing left to do */
196 >                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
197 >                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
198 >                        --cnt;
199 >                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
200 >        }
201 > done:
202 >        free(earr);
203 > }
204 >
205 >
206 > static AMBHEMI *
207 > samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
208 >        COLOR   rcol,
209 >        RAY     *r,
210 >        double  wt
211 > )
212 > {
213 >        AMBHEMI *hp;
214 >        double  d;
215 >        int     n, i, j;
216 >                                        /* set number of divisions */
217 >        if (ambacc <= FTINY &&
218 >                        wt > (d = 0.8*intens(rcol)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
219 >                wt = d;                 /* avoid ray termination */
220 >        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
221 >        i = 1 + 5*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
222 >        if (n < i)
223 >                n = i;
224 >                                        /* allocate sampling array */
225 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
226 >        if (hp == NULL)
227 >                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
228 >        hp->rp = r;
229 >        hp->ns = n;
230 >        hp->acol[RED] = hp->acol[GRN] = hp->acol[BLU] = 0.0;
231 >        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
232 >        hp->sampOK = 0;
233 >                                        /* assign coefficient */
234 >        copycolor(hp->acoef, rcol);
235 >        d = 1.0/(n*n);
236 >        scalecolor(hp->acoef, d);
237 >                                        /* make tangent plane axes */
238 >        if (!getperpendicular(hp->ux, r->ron, 1))
239 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
240 >        VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
241 >                                        /* sample divisions */
242 >        for (i = hp->ns; i--; )
243 >            for (j = hp->ns; j--; )
244 >                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
245 >        copycolor(rcol, hp->acol);
246 >        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
247 >                free(hp);
248 >                return(NULL);
249 >        }
250 >        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
251 >                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
252 >                return(hp);
253 >        }
254 >        n = ambssamp*wt + 0.5;
255 >        if (n > 8) {                    /* perform super-sampling? */
256 >                ambsupersamp(hp, n);
257 >                copycolor(rcol, hp->acol);
258 >        }
259 >        return(hp);                     /* all is well */
260 > }
261 >
262 >
263 > /* Return brightness of farthest ambient sample */
264 > static double
265 > back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
266 > {
267 >        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
268 >                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
269 >                        return(colval(hp->sa[n1].v,CIEY));
270 >                return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
271 >        }
272 >        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
273 >                return(colval(hp->sa[n2].v,CIEY));
274 >        return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
275 > }
276 >
277 >
278 > /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
279 > static void
280 > comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
281 > {
282 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
283 >        int     ii;
284 >
285 >        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
286 >        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
287 >        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
288 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
289 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
290 >        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
291 >        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
292 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
293 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
294 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
295 >                        sqrt( rdot_cp );
296 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
297 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
298 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
299 >        for (ii = 3; ii--; )
300 >                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
301 > }
302 >
303 >
304 > /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
305 > static void
306 > compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
307 > {
308 >        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
309 >        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
310 >        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
311 >        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
312 >        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
313 >        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
314 > }
315 >
316 >
317 > /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
318 > static void
319 > comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
320 > {
321 >        FVECT   ncp;
322 >        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
323 >        double  d1, d2, d3, d4;
324 >        double  I3, J3, K3;
325 >        int     i, j;
326 >                                        /* compute intermediate coefficients */
327 >        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
328 >        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
329 >        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
330 >        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
331 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
332 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
333 >        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
334 >        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
335 >                                        /* intermediate matrices */
336 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
337 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
338 >        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
339 >        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
340 >        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
341 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
342 >        d2 = -d1*ftp->I2;
343 >        d1 *= 2.0;
344 >        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
345 >            for (j = 3; j--; ) {
346 >                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
347 >                                                2.0*J3*m4[i][j] );
348 >                hess[i][j] += d2*(i==j);
349 >                hess[i][j] *= -1.0/PI;
350 >            }
351 > }
352 >
353 >
354 > /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
355 > static void
356 > rev_hessian(FVECT hess[3])
357 > {
358 >        int     i;
359 >
360 >        for (i = 3; i--; ) {
361 >                hess[i][0] = -hess[i][0];
362 >                hess[i][1] = -hess[i][1];
363 >                hess[i][2] = -hess[i][2];
364 >        }
365 > }
366 >
367 >
368 > /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
369 > static void
370 > add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
371 >                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
372 > {
373 >        int     i, j;
374 >
375 >        for (i = 3; i--; )
376 >            for (j = 3; j--; )
377 >                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
378 > }
379 >
380 >
381 > /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
382 > static void
383 > comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
384 > {
385 >        FVECT   ncp;
386 >        double  f1;
387 >        int     i;
388 >
389 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
390 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
391 >        for (i = 3; i--; )
392 >                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
393 > }
394 >
395 >
396 > /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
397 > static void
398 > rev_gradient(FVECT grad)
399 > {
400 >        grad[0] = -grad[0];
401 >        grad[1] = -grad[1];
402 >        grad[2] = -grad[2];
403 > }
404 >
405 >
406 > /* Add to displacement gradient from the given triangle */
407 > static void
408 > add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
409 > {
410 >        int     i;
411 >
412 >        for (i = 3; i--; )
413 >                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
414 > }
415 >
416 >
417 > /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
418 > static void
419 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
420 > {
421 >        double  hess2[2][2];
422 >        FVECT   a, b;
423 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
424 >        int     i;
425 >                                        /* project Hessian to sample plane */
426 >        for (i = 3; i--; ) {
427 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
428 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
429 >        }
430 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
431 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
432 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
433 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
434 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
435 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
436 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
437 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
438 >                evalue[1] = evalue[0];
439 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
440 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
441 >                ra[0] = ra[1] = maxarad;
442 >                return;
443 >        }
444 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
445 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
446 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
447 >                slope1 = evalue[1];
448 >        } else {
449 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
450 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
451 >                slope1 = evalue[0];
452 >        }
453 >                                        /* compute unit eigenvectors */
454 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
455 >                return;                 /* uv OK as is */
456 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
457 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
458 >        for (i = 3; i--; ) {
459 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
460 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
461 >        }
462 >        VCOPY(uv[0], a);
463 >        VCOPY(uv[1], b);
464 > }
465 >
466 >
467 > static void
468 > ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
469 >        AMBHEMI *hp,
470 >        FVECT   uv[2],                  /* returned */
471 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
472 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
473 > )
474 > {
475 >        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
476 >        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
477 >        FVECT           *gradrow = NULL;
478 >        FVECT           hessian[3];
479 >        FVECT           gradient;
480 >        FFTRI           fftr;
481 >        int             i, j;
482 >                                        /* be sure to assign unit vectors */
483 >        VCOPY(uv[0], hp->ux);
484 >        VCOPY(uv[1], hp->uy);
485 >                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
486 >        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
487 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
488 >                if (hessrow == NULL)
489 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
490 >                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
491 >        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
492 >                return;
493 >        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
494 >                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
495 >                if (gradrow == NULL)
496 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
497 >                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
498 >        }
499 >                                        /* compute first row of edges */
500 >        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
501 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
502 >                if (hessrow != NULL)
503 >                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
504 >                if (gradrow != NULL)
505 >                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
506 >        }
507 >                                        /* sum each row of triangles */
508 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
509 >            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
510 >            FVECT       gradcol;
511 >            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
512 >            if (hessrow != NULL)
513 >                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
514 >            if (gradrow != NULL)
515 >                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
516 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
517 >                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
518 >                FVECT   graddia;
519 >                double  backg;
520 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
521 >                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
522 >                                        /* diagonal (inner) edge */
523 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
524 >                if (hessrow != NULL) {
525 >                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
526 >                    rev_hessian(hesscol);
527 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
528 >                }
529 >                if (gradrow != NULL) {
530 >                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
531 >                    rev_gradient(gradcol);
532 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
533 >                }
534 >                                        /* initialize edge in next row */
535 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
536 >                if (hessrow != NULL)
537 >                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
538 >                if (gradrow != NULL)
539 >                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
540 >                                        /* new column edge & paired triangle */
541 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
542 >                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
543 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
544 >                if (hessrow != NULL) {
545 >                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
546 >                    rev_hessian(hessdia);
547 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
548 >                    if (i < hp->ns-2)
549 >                        rev_hessian(hessrow[j]);
550 >                }
551 >                if (gradrow != NULL) {
552 >                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
553 >                    rev_gradient(graddia);
554 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
555 >                    if (i < hp->ns-2)
556 >                        rev_gradient(gradrow[j]);
557 >                }
558 >            }
559 >        }
560 >                                        /* release row buffers */
561 >        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
562 >        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
563 >        
564 >        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
565 >                eigenvectors(uv, ra, hessian);
566 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
567 >                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
568 >                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
569 >        }
570 > }
571 >
572 >
573 > /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
574 > static void
575 > ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
576 > {
577 >        AMBSAMP *ap;
578 >        double  dgsum[2];
579 >        int     n;
580 >        FVECT   vd;
581 >        double  gfact;
582 >
583 >        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
584 >        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
585 >                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
586 >                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
587 >                                        /* brightness over cosine factor */
588 >                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
589 >                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
590 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
591 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
592 >        }
593 >        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
594 >        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
595 > }
596 >
597 >
598 > /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
599 > static uint32
600 > ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
601 > {
602 >        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
603 >        const double    ang_res = 0.5*PI/hp->ns;
604 >        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + 1.01);
605 >        double          avg_d = 0;
606 >        uint32          flgs = 0;
607 >        FVECT           vec;
608 >        double          u, v;
609 >        double          ang, a1;
610 >        int             i, j;
611 >                                        /* don't bother for a few samples */
612 >        if (hp->ns < 12)
613 >                return(0);
614 >                                        /* check distances overhead */
615 >        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
616 >            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
617 >                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
618 >        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
619 >        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
620 >                return(0);
621 >        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
622 >                return(0);
623 >                                        /* else circle around perimeter */
624 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
625 >            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
626 >                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
627 >                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
628 >                        continue;       /* too far or too near */
629 >                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
630 >                u = DOT(vec, uv[0]);
631 >                v = DOT(vec, uv[1]);
632 >                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
633 >                        continue;       /* occluder outside ellipse */
634 >                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
635 >                for (a1 = ang-ang_res; a1 <= ang+ang_res; a1 += ang_step)
636 >                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
637 >            }
638 >                                        /* add low-angle incident (< 20deg) */
639 >        if (fabs(hp->rp->rod) <= 0.342) {
640 >                u = -DOT(hp->rp->rdir, uv[0]);
641 >                v = -DOT(hp->rp->rdir, uv[1]);
642 >                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) > hp->rp->rot*hp->rp->rot) {
643 >                        ang = atan2a(v, u);
644 >                        ang += 2.*PI*(ang < 0);
645 >                        ang *= 16/PI;
646 >                        if ((ang < .5) | (ang >= 31.5))
647 >                                flgs |= 0x80000001;
648 >                        else
649 >                                flgs |= 3L<<(int)(ang-.5);
650 >                }
651 >        }
652 >        return(flgs);
653 > }
654 >
655 >
656 > int
657 > doambient(                              /* compute ambient component */
658 >        COLOR   rcol,                   /* input/output color */
659 >        RAY     *r,
660 >        double  wt,
661 >        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
662 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
663 >        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
664 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
665 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
666 > )
667 > {
668 >        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
669 >        FVECT   my_uv[2];
670 >        double  d, K;
671 >        AMBSAMP *ap;
672 >        int     i;
673 >                                        /* clear return values */
674 >        if (uv != NULL)
675 >                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
676 >        if (ra != NULL)
677 >                ra[0] = ra[1] = 0.0;
678 >        if (pg != NULL)
679 >                pg[0] = pg[1] = 0.0;
680 >        if (dg != NULL)
681 >                dg[0] = dg[1] = 0.0;
682 >        if (crlp != NULL)
683 >                *crlp = 0;
684 >        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
685 >                return(0);
686 >
687 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
688 >                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < 6)) {
689 >                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
690 >                return(-1);             /* value-only return value */
691 >        }
692 >        if ((d = bright(rcol)) > FTINY) {       /* normalize Y values */
693 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;
694 >                K = 0.01;
695 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
696 >                K = 1.0;
697 >                pg = NULL;
698 >                dg = NULL;
699 >                crlp = NULL;
700 >        }
701 >        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
702 >        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
703 >                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + K;
704 >
705 >        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
706 >                uv = my_uv;
707 >                                        /* compute radii & pos. gradient */
708 >        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
709 >
710 >        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
711 >                ambdirgrad(hp, uv, dg);
712 >
713 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
714 >                if (pg != NULL) {
715 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
716 >                                ra[0] = 1.0/d;
717 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
718 >                                ra[1] = 1.0/d;
719 >                        if (ra[0] > ra[1])
720 >                                ra[0] = ra[1];
721 >                }
722 >                if (ra[0] < minarad) {
723 >                        ra[0] = minarad;
724 >                        if (ra[1] < minarad)
725 >                                ra[1] = minarad;
726 >                }
727 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(wt);
728 >                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
729 >                        ra[1] = 2.0*ra[0];
730 >                if (ra[1] > maxarad) {
731 >                        ra[1] = maxarad;
732 >                        if (ra[0] > maxarad)
733 >                                ra[0] = maxarad;
734 >                }
735 >                                        /* flag encroached directions */
736 >                if ((wt >= 0.89*AVGREFL) & (crlp != NULL))
737 >                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
738 >                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
739 >                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
740 >                        if (d > 1.0) {
741 >                                d = 1.0/sqrt(d);
742 >                                pg[0] *= d;
743 >                                pg[1] *= d;
744 >                        }
745 >                }
746 >        }
747 >        free(hp);                       /* clean up and return */
748 >        return(1);
749 > }
750 >
751  
752   #else /* ! NEWAMB */
753  

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> Changed lines