ViewVC Help
View File | Revision Log | Show Annotations | Download File | Root Listing
root/radiance/ray/src/rt/ambcomp.c
(Generate patch)

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.26 by greg, Wed Apr 16 20:32:00 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 */
22        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis directions */
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 */
28 <        } 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, rcp, rI2_eJ2;
49 +        double  I1, I2;
50 + } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
51  
34 static AMBHEMI *
35 inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
36        COLOR   ac,
37        RAY     *r,
38        double  wt
39 )
40 {
41        AMBHEMI *hp;
42        double  d;
43        int     n, i;
44                                        /* set number of divisions */
45        if (ambacc <= FTINY &&
46                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
47                wt = d;                 /* avoid ray termination */
48        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
49        i = 1 + 4*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
50        if (n < i)
51                n = i;
52                                        /* allocate sampling array */
53        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) +
54                                sizeof(struct s_ambsamp)*(n*n - 1));
55        if (hp == NULL)
56                return(NULL);
57        hp->rp = r;
58        hp->ns = n;
59                                        /* assign coefficient */
60        copycolor(hp->acoef, ac);
61        d = 1.0/(n*n);
62        scalecolor(hp->acoef, d);
63                                        /* make tangent axes */
64        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
65        for (i = 0; i < 3; i++)
66                if (r->rn[i] < 0.6 && r->rn[i] > -0.6)
67                        break;
68        if (i >= 3)
69                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi()");
70        hp->uy[i] = 1.0;
71        VCROSS(hp->ux, hp->uy, r->rn);
72        normalize(hp->ux);
73        VCROSS(hp->uy, r->rn, hp->ux);
74                                        /* we're ready to sample */
75        return(hp);
76 }
52  
78
53   static int
54 < ambsample(                              /* sample an ambient direction */
54 > ambsample(                              /* initial ambient division sample */
55          AMBHEMI *hp,
56          int     i,
57          int     j,
58 +        int     n
59   )
60   {
61 <        struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
62 <        RAY                     ar;
63 <        int                     hlist[3];
64 <        double                  spt[2], dz;
65 <        int                     ii;
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 <                setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
98 <                ap->r = 0.;
99 <                return(0);              /* no sample taken */
100 <        }
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 <                                        /* generate hemispherical sample */
78 <        SDsquare2disk(spt, (i+frandom())/hp->ns, (j+frandom())/hp->ns);
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++] = i*hp->ns + j + 90171;
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 <        copycolor(ap->v, ar.rcol);
103 <        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
104 <                ar.rt = 20.0*maxarad;
105 <        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
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 */
472 <        float   pg[2]                   /* returned */
471 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
472 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
473   )
474   {
475 <        if (ra != NULL) {               /* compute Hessian-derived radii */
476 <        } else {                        /* else copy original tangent axes */
477 <                VCOPY(uv[0], hp->ux);
478 <                VCOPY(uv[1], hp->uy);
479 <        }
480 <        if (pg == NULL)                 /* no position gradient requested? */
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 */
662 <        float   ra[2],                  /* returned */
663 <        float   pg[2],                  /* returned */
664 <        float   dg[2]                   /* returned */
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 <        int                     cnt = 0;
669 <        FVECT                   my_uv[2];
670 <        AMBHEMI                 *hp;
671 <        double                  d, acol[3];
672 <        struct s_ambsamp        *ap;
673 <        int                     i, j;
159 <                                        /* initialize */
160 <        if ((hp = inithemi(rcol, r, wt)) == NULL)
161 <                return(0);
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)
# Line 167 | Line 679 | doambient(                             /* compute ambient component */
679                  pg[0] = pg[1] = 0.0;
680          if (dg != NULL)
681                  dg[0] = dg[1] = 0.0;
682 <                                        /* sample the hemisphere */
683 <        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
684 <        for (i = hemi.ns; i--; )
685 <                for (j = hemi.ns; j--; )
686 <                        if (ambsample(hp, i, j)) {
687 <                                ap = &ambsamp(hp,i,j);
688 <                                addcolor(acol, ap->v);
689 <                                ++cnt;
690 <                        }
179 <        if (!cnt) {
180 <                setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
181 <                free(hp);
182 <                return(0);              /* no valid samples */
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 <        d = 1.0 / cnt;                  /* final indirect irradiance/PI */
693 <        acol[0] *= d; acol[1] *= d; acol[2] *= d;
694 <        copycolor(rcol, acol);
695 <        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
696 <                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
697 <                free(hp);
698 <                return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
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 <        d = 0.01 * bright(rcol);        /* add in 1% before Hessian comp. */
193 <        if (d < FTINY) d = FTINY;
194 <        ap = hp->sa;                    /* using Y channel from here on... */
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;
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 <        if (ra != NULL) {               /* adjust/clamp radii */
713 <                d = pow(wt, -0.25);
714 <                if ((ra[0] *= d) > maxarad)
715 <                        ra[0] = maxarad;
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);

Diff Legend

Removed lines
+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines