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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 1.8 by greg, Thu Jun 13 13:58:24 1991 UTC vs.
Revision 2.19 by greg, Mon Aug 22 16:07:26 2005 UTC

# Line 1 | Line 1
1 – /* Copyright (c) 1991 Regents of the University of California */
2 –
1   #ifndef lint
2 < static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
2 > static const char       RCSid[] = "$Id$";
3   #endif
6 –
4   /*
5   * Routines to compute "ambient" values using Monte Carlo
6 + *
7 + *  Declarations of external symbols in ambient.h
8   */
9  
10 + #include "copyright.h"
11 +
12   #include  "ray.h"
13  
14   #include  "ambient.h"
15  
16   #include  "random.h"
17  
17 – typedef struct {
18 –        short  t, p;            /* theta, phi indices */
19 –        COLOR  v;               /* value sum */
20 –        float  r;               /* 1/distance sum */
21 –        float  k;               /* variance for this division */
22 –        int  n;                 /* number of subsamples */
23 – }  AMBSAMP;             /* ambient sample division */
18  
19 < typedef struct {
20 <        FVECT  ux, uy, uz;      /* x, y and z axis directions */
21 <        short  nt, np;          /* number of theta and phi directions */
22 < }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
23 <
24 < extern double  sin(), cos(), sqrt();
25 <
32 <
33 < static int
34 < ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
35 < AMBSAMP  *d1, *d2;
19 > void
20 > inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
21 >        register AMBHEMI  *hp,
22 >        COLOR ac,
23 >        RAY  *r,
24 >        double  wt
25 > )
26   {
27 <        if (d1->k < d2->k)
28 <                return(1);
29 <        if (d1->k > d2->k)
30 <                return(-1);
31 <        return(0);
27 >        double  d;
28 >        register int  i;
29 >                                        /* set number of divisions */
30 >        if (ambacc <= FTINY &&
31 >                        wt > (d = 0.8*bright(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
32 >                wt = d;                 /* avoid ray termination */
33 >        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
34 >        i = ambacc > FTINY ? 3 : 1;     /* minimum number of samples */
35 >        if (hp->nt < i)
36 >                hp->nt = i;
37 >        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
38 >                                        /* set number of super-samples */
39 >        hp->ns = ambssamp * wt + 0.5;
40 >                                        /* assign coefficient */
41 >        copycolor(hp->acoef, ac);
42 >        d = 1.0/(hp->nt*hp->np);
43 >        scalecolor(hp->acoef, d);
44 >                                        /* make axes */
45 >        VCOPY(hp->uz, r->ron);
46 >        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
47 >        for (i = 0; i < 3; i++)
48 >                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
49 >                        break;
50 >        if (i >= 3)
51 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
52 >        hp->uy[i] = 1.0;
53 >        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
54 >        normalize(hp->ux);
55 >        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
56   }
57  
58  
59 < static int
60 < ambnorm(d1, d2)                         /* standard order */
61 < AMBSAMP  *d1, *d2;
59 > int
60 > divsample(                              /* sample a division */
61 >        register AMBSAMP  *dp,
62 >        AMBHEMI  *h,
63 >        RAY  *r
64 > )
65   {
49 –        register int  c;
50 –
51 –        if (c = d1->t - d2->t)
52 –                return(c);
53 –        return(d1->p - d2->p);
54 – }
55 –
56 –
57 – divsample(dp, h, r)                     /* sample a division */
58 – register AMBSAMP  *dp;
59 – AMBHEMI  *h;
60 – RAY  *r;
61 – {
66          RAY  ar;
67 <        int  hlist[4];
67 >        int  hlist[3];
68 >        double  spt[2];
69          double  xd, yd, zd;
70          double  b2;
71          double  phi;
72          register int  i;
73 <
74 <        if (rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
73 >                                        /* ambient coefficient for weight */
74 >        if (ambacc > FTINY)
75 >                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
76 >        else
77 >                copycolor(ar.rcoef, h->acoef);
78 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, r, ar.rcoef) < 0)
79                  return(-1);
80 +        if (ambacc > FTINY) {
81 +                multcolor(ar.rcoef, h->acoef);
82 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
83 +        }
84          hlist[0] = r->rno;
85          hlist[1] = dp->t;
86          hlist[2] = dp->p;
87 <        hlist[3] = 0;
88 <        zd = sqrt((dp->t+urand(ilhash(hlist,4)+dp->n))/h->nt);
89 <        hlist[3] = 1;
90 <        phi = 2.0*PI * (dp->p+urand(ilhash(hlist,4)+dp->n))/h->np;
91 <        xd = cos(phi) * zd;
79 <        yd = sin(phi) * zd;
87 >        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n));
88 >        zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
89 >        phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
90 >        xd = tcos(phi) * zd;
91 >        yd = tsin(phi) * zd;
92          zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
93          for (i = 0; i < 3; i++)
94                  ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
# Line 85 | Line 97 | RAY  *r;
97          dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
98          rayvalue(&ar);
99          ndims--;
100 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
101          addcolor(dp->v, ar.rcol);
102 +                                        /* use rt to improve gradient calc */
103          if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
104                  dp->r += 1.0/ar.rt;
105                                          /* (re)initialize error */
# Line 99 | Line 113 | RAY  *r;
113   }
114  
115  
116 + static int
117 + ambcmp(                                 /* decreasing order */
118 +        const void *p1,
119 +        const void *p2
120 + )
121 + {
122 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
123 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
124 +
125 +        if (d1->k < d2->k)
126 +                return(1);
127 +        if (d1->k > d2->k)
128 +                return(-1);
129 +        return(0);
130 + }
131 +
132 +
133 + static int
134 + ambnorm(                                /* standard order */
135 +        const void *p1,
136 +        const void *p2
137 + )
138 + {
139 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
140 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
141 +        register int    c;
142 +
143 +        if ( (c = d1->t - d2->t) )
144 +                return(c);
145 +        return(d1->p - d2->p);
146 + }
147 +
148 +
149   double
150 < doambient(acol, r, pg, dg)              /* compute ambient component */
151 < COLOR  acol;
152 < RAY  *r;
153 < FVECT  pg, dg;
150 > doambient(                              /* compute ambient component */
151 >        COLOR  acol,
152 >        RAY  *r,
153 >        double  wt,
154 >        FVECT  pg,
155 >        FVECT  dg
156 > )
157   {
158          double  b, d;
159          AMBHEMI  hemi;
# Line 111 | Line 161 | FVECT  pg, dg;
161          AMBSAMP  dnew;
162          register AMBSAMP  *dp;
163          double  arad;
164 <        int  ndivs, ns;
164 >        int  divcnt;
165          register int  i, j;
116 –                                        /* initialize color */
117 –        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
166                                          /* initialize hemisphere */
167 <        inithemi(&hemi, r);
168 <        ndivs = hemi.nt * hemi.np;
169 <        if (ndivs == 0)
167 >        inithemi(&hemi, acol, r, wt);
168 >        divcnt = hemi.nt * hemi.np;
169 >                                        /* initialize */
170 >        if (pg != NULL)
171 >                pg[0] = pg[1] = pg[2] = 0.0;
172 >        if (dg != NULL)
173 >                dg[0] = dg[1] = dg[2] = 0.0;
174 >        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
175 >        if (divcnt == 0)
176                  return(0.0);
177 <                                        /* set number of super-samples */
178 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
179 <        if (ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
126 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
177 >                                        /* allocate super-samples */
178 >        if (hemi.ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
179 >                div = (AMBSAMP *)malloc(divcnt*sizeof(AMBSAMP));
180                  if (div == NULL)
181                          error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
182          } else
# Line 132 | Line 185 | FVECT  pg, dg;
185          arad = 0.0;
186          if ((dp = div) == NULL)
187                  dp = &dnew;
188 +        divcnt = 0;
189          for (i = 0; i < hemi.nt; i++)
190                  for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
191                          dp->t = i; dp->p = j;
192                          setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
193                          dp->r = 0.0;
194                          dp->n = 0;
195 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0)
196 <                                goto oopsy;
195 >                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0) {
196 >                                if (div != NULL)
197 >                                        dp++;
198 >                                continue;
199 >                        }
200 >                        arad += dp->r;
201 >                        divcnt++;
202                          if (div != NULL)
203                                  dp++;
204 <                        else {
204 >                        else
205                                  addcolor(acol, dp->v);
147 –                                arad += dp->r;
148 –                        }
206                  }
207 <        if (ns > 0) {                   /* perform super-sampling */
207 >        if (!divcnt)
208 >                return(0.0);            /* no samples taken */
209 >        if (divcnt < hemi.nt*hemi.np) {
210 >                pg = dg = NULL;         /* incomplete sampling */
211 >                hemi.ns = 0;
212 >        } else if (arad > FTINY && divcnt/arad < minarad) {
213 >                hemi.ns = 0;            /* close enough */
214 >        } else if (hemi.ns > 0) {       /* else perform super-sampling? */
215                  comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
216 <                qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);     /* sort divs */
216 >                qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);    /* sort divs */
217                                                  /* super-sample */
218 <                for (i = ns; i > 0; i--) {
219 <                        copystruct(&dnew, div);
220 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
221 <                                goto oopsy;
222 <                                                        /* reinsert */
223 <                        dp = div;
224 <                        j = ndivs < i ? ndivs : i;
218 >                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
219 >                        dnew = *div;
220 >                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0) {
221 >                                dp++;
222 >                                continue;
223 >                        }
224 >                        dp = div;               /* reinsert */
225 >                        j = divcnt < i ? divcnt : i;
226                          while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
227 <                                copystruct(dp, dp+1);
227 >                                *dp = *(dp+1);
228                                  dp++;
229                          }
230 <                        copystruct(dp, &dnew);
230 >                        *dp = dnew;
231                  }
232                  if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
233 <                        qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
233 >                        qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
234          }
235                                          /* compute returned values */
236          if (div != NULL) {
237 <                for (i = ndivs, dp = div; i-- > 0; dp++) {
237 >                arad = 0.0;             /* note: divcnt may be < nt*np */
238 >                for (i = hemi.nt*hemi.np, dp = div; i-- > 0; dp++) {
239                          arad += dp->r;
240                          if (dp->n > 1) {
241                                  b = 1.0/dp->n;
# Line 181 | Line 247 | FVECT  pg, dg;
247                  }
248                  b = bright(acol);
249                  if (b > FTINY) {
250 <                        b = ndivs/b;
250 >                        b = 1.0/b;      /* compute & normalize gradient(s) */
251                          if (pg != NULL) {
252                                  posgradient(pg, div, &hemi);
253                                  for (i = 0; i < 3; i++)
# Line 192 | Line 258 | FVECT  pg, dg;
258                                  for (i = 0; i < 3; i++)
259                                          dg[i] *= b;
260                          }
195 –                } else {
196 –                        if (pg != NULL)
197 –                                for (i = 0; i < 3; i++)
198 –                                        pg[i] = 0.0;
199 –                        if (dg != NULL)
200 –                                for (i = 0; i < 3; i++)
201 –                                        dg[i] = 0.0;
261                  }
262 <                free((char *)div);
262 >                free((void *)div);
263          }
205 –        b = 1.0/ndivs;
206 –        scalecolor(acol, b);
264          if (arad <= FTINY)
208 –                arad = FHUGE;
209 –        else
210 –                arad = (ndivs+ns)/arad;
211 –        if (arad > maxarad)
265                  arad = maxarad;
266 <        else if (arad < minarad)
266 >        else
267 >                arad = (divcnt+hemi.ns)/arad;
268 >        if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
269 >                d = DOT(pg,pg);
270 >                if (d*arad*arad > 1.0)
271 >                        arad = 1.0/sqrt(d);
272 >        }
273 >        if (arad < minarad) {
274                  arad = minarad;
275 <        arad /= sqrt(r->rweight);
276 <        if (pg != NULL) {               /* clip pos. gradient if too large */
217 <                d = 4.0*DOT(pg,pg)*arad*arad;
218 <                if (d > 1.0) {
219 <                        d = 1.0/sqrt(d);
275 >                if (pg != NULL && d*arad*arad > 1.0) {  /* cap gradient */
276 >                        d = 1.0/arad/sqrt(d);
277                          for (i = 0; i < 3; i++)
278                                  pg[i] *= d;
279                  }
280          }
281 +        if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
282 +                arad = maxarad;
283          return(arad);
225 – oopsy:
226 –        if (div != NULL)
227 –                free((char *)div);
228 –        return(0.0);
284   }
285  
286  
287 < inithemi(hp, r)                 /* initialize sampling hemisphere */
288 < register AMBHEMI  *hp;
289 < RAY  *r;
287 > void
288 > comperrs(                       /* compute initial error estimates */
289 >        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
290 >        register AMBHEMI  *hp
291 > )
292   {
236 –        register int  i;
237 –                                        /* set number of divisions */
238 –        hp->nt = sqrt(ambdiv * r->rweight * 0.5) + 0.5;
239 –        hp->np = 2 * hp->nt;
240 –                                        /* make axes */
241 –        VCOPY(hp->uz, r->ron);
242 –        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
243 –        for (i = 0; i < 3; i++)
244 –                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
245 –                        break;
246 –        if (i >= 3)
247 –                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
248 –        hp->uy[i] = 1.0;
249 –        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
250 –        normalize(hp->ux);
251 –        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
252 – }
253 –
254 –
255 – comperrs(da, hp)                /* compute initial error estimates */
256 – AMBSAMP  *da;           /* assumes standard ordering */
257 – register AMBHEMI  *hp;
258 – {
293          double  b, b2;
294          int  i, j;
295          register AMBSAMP  *dp;
# Line 302 | Line 336 | register AMBHEMI  *hp;
336   }
337  
338  
339 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
340 < FVECT  gv;
341 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
342 < AMBHEMI  *hp;
339 > void
340 > posgradient(                                    /* compute position gradient */
341 >        FVECT  gv,
342 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
343 >        register AMBHEMI  *hp
344 > )
345   {
346          register int  i, j;
347 <        double  b, d;
347 >        double  nextsine, lastsine, b, d;
348          double  mag0, mag1;
349          double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
350          register AMBSAMP  *dp;
# Line 317 | Line 353 | AMBHEMI  *hp;
353          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
354                  dp = da + j;
355                  mag0 = mag1 = 0.0;
356 +                lastsine = 0.0;
357                  for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
358   #ifdef  DEBUG
359                          if (dp->t != i || dp->p != j)
# Line 327 | Line 364 | AMBHEMI  *hp;
364                          if (i > 0) {
365                                  d = dp[-hp->np].r;
366                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
367 <                                d *= 1.0 - sqrt((double)i/hp->nt);
367 >                                                        /* sin(t)*cos(t)^2 */
368 >                                d *= lastsine * (1.0 - (double)i/hp->nt);
369                                  mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
370                          }
371 +                        nextsine = sqrt((double)(i+1)/hp->nt);
372                          if (j > 0) {
373                                  d = dp[-1].r;
374                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
375 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[-1].v));
375 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
376 >                                                (b - bright(dp[-1].v));
377                          } else {
378                                  d = dp[hp->np-1].r;
379                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
380 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[hp->np-1].v));
380 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
381 >                                                (b - bright(dp[hp->np-1].v));
382                          }
383                          dp += hp->np;
384 +                        lastsine = nextsine;
385                  }
386 <                if (hp->nt > 1) {
345 <                        mag0 /= (double)hp->np;
346 <                        mag1 /= (double)hp->nt;
347 <                }
386 >                mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
387                  phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
388 <                cosp = cos(phi); sinp = sin(phi);
388 >                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
389                  xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
390                  yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
391          }
392          for (i = 0; i < 3; i++)
393 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/PI;
393 >                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*(hp->nt*hp->np)/PI;
394   }
395  
396  
397 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
398 < FVECT  gv;
399 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
400 < AMBHEMI  *hp;
397 > void
398 > dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
399 >        FVECT  gv,
400 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
401 >        register AMBHEMI  *hp
402 > )
403   {
404          register int  i, j;
405          double  mag;
# Line 375 | Line 416 | AMBHEMI  *hp;
416                                  error(CONSISTENCY,
417                                          "division order in dirgradient");
418   #endif
419 <                        mag += sqrt((i+.5)/hp->nt)*bright(dp->v);
419 >                                                        /* tan(t) */
420 >                        mag += bright(dp->v)/sqrt(hp->nt/(i+.5) - 1.0);
421                          dp += hp->np;
422                  }
423                  phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
424 <                xd += mag * cos(phi);
425 <                yd += mag * sin(phi);
424 >                xd += mag * tcos(phi);
425 >                yd += mag * tsin(phi);
426          }
427          for (i = 0; i < 3; i++)
428 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*PI/(hp->nt*hp->np);
428 >                gv[i] = xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i];
429   }

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