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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 1.9 by greg, Thu Jul 11 16:39:00 1991 UTC vs.
Revision 2.16 by greg, Tue May 31 18:01:09 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 +                copycolor(ar.rcoef, h->acoef);
82          hlist[0] = r->rno;
83          hlist[1] = dp->t;
84          hlist[2] = dp->p;
85 <        hlist[3] = 0;
86 <        zd = sqrt((dp->t+urand(urind(ilhash(hlist,4),dp->n)))/h->nt);
87 <        hlist[3] = 1;
88 <        phi = 2.0*PI * (dp->p+urand(urind(ilhash(hlist,4),dp->n)))/h->np;
89 <        xd = cos(phi) * zd;
79 <        yd = sin(phi) * zd;
85 >        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n));
86 >        zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
87 >        phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
88 >        xd = tcos(phi) * zd;
89 >        yd = tsin(phi) * zd;
90          zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
91          for (i = 0; i < 3; i++)
92                  ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
# Line 85 | Line 95 | RAY  *r;
95          dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
96          rayvalue(&ar);
97          ndims--;
98 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
99          addcolor(dp->v, ar.rcol);
100 +                                        /* use rt to improve gradient calc */
101          if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
102                  dp->r += 1.0/ar.rt;
103                                          /* (re)initialize error */
# Line 99 | Line 111 | RAY  *r;
111   }
112  
113  
114 + static int
115 + ambcmp(                                 /* decreasing order */
116 +        const void *p1,
117 +        const void *p2
118 + )
119 + {
120 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
121 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
122 +
123 +        if (d1->k < d2->k)
124 +                return(1);
125 +        if (d1->k > d2->k)
126 +                return(-1);
127 +        return(0);
128 + }
129 +
130 +
131 + static int
132 + ambnorm(                                /* standard order */
133 +        const void *p1,
134 +        const void *p2
135 + )
136 + {
137 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
138 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
139 +        register int    c;
140 +
141 +        if ( (c = d1->t - d2->t) )
142 +                return(c);
143 +        return(d1->p - d2->p);
144 + }
145 +
146 +
147   double
148 < doambient(acol, r, pg, dg)              /* compute ambient component */
149 < COLOR  acol;
150 < RAY  *r;
151 < FVECT  pg, dg;
148 > doambient(                              /* compute ambient component */
149 >        COLOR  acol,
150 >        RAY  *r,
151 >        double  wt,
152 >        FVECT  pg,
153 >        FVECT  dg
154 > )
155   {
156          double  b, d;
157          AMBHEMI  hemi;
# Line 111 | Line 159 | FVECT  pg, dg;
159          AMBSAMP  dnew;
160          register AMBSAMP  *dp;
161          double  arad;
162 <        int  ndivs, ns;
162 >        int  ndivs;
163          register int  i, j;
116 –                                        /* initialize color */
117 –        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
164                                          /* initialize hemisphere */
165 <        inithemi(&hemi, r);
165 >        inithemi(&hemi, acol, r, wt);
166          ndivs = hemi.nt * hemi.np;
167 +                                        /* initialize sum */
168 +        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
169          if (ndivs == 0)
170                  return(0.0);
171 <                                        /* set number of super-samples */
172 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
125 <        if (ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
171 >                                        /* allocate super-samples */
172 >        if (hemi.ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
173                  div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
174                  if (div == NULL)
175                          error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
# Line 138 | Line 185 | FVECT  pg, dg;
185                          setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
186                          dp->r = 0.0;
187                          dp->n = 0;
188 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0)
189 <                                goto oopsy;
188 >                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0) {
189 >                                if (div != NULL) dp++;
190 >                                continue;
191 >                        }
192 >                        arad += dp->r;
193                          if (div != NULL)
194                                  dp++;
195 <                        else {
195 >                        else
196                                  addcolor(acol, dp->v);
147 –                                arad += dp->r;
148 –                        }
197                  }
198 <        if (ns > 0) {                   /* perform super-sampling */
198 >        if (hemi.ns > 0 && arad > FTINY && ndivs/arad < minarad)
199 >                hemi.ns = 0;            /* close enough */
200 >        else if (hemi.ns > 0) {         /* else perform super-sampling */
201                  comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
202                  qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);     /* sort divs */
203                                                  /* super-sample */
204 <                for (i = ns; i > 0; i--) {
205 <                        copystruct(&dnew, div);
206 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
207 <                                goto oopsy;
208 <                                                        /* reinsert */
209 <                        dp = div;
204 >                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
205 >                        dnew = *div;
206 >                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0) {
207 >                                dp++;
208 >                                continue;
209 >                        }
210 >                        dp = div;               /* reinsert */
211                          j = ndivs < i ? ndivs : i;
212                          while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
213 <                                copystruct(dp, dp+1);
213 >                                *dp = *(dp+1);
214                                  dp++;
215                          }
216 <                        copystruct(dp, &dnew);
216 >                        *dp = dnew;
217                  }
218                  if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
219                          qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
220          }
221                                          /* compute returned values */
222          if (div != NULL) {
223 +                arad = 0.0;
224                  for (i = ndivs, dp = div; i-- > 0; dp++) {
225                          arad += dp->r;
226                          if (dp->n > 1) {
# Line 181 | Line 233 | FVECT  pg, dg;
233                  }
234                  b = bright(acol);
235                  if (b > FTINY) {
236 <                        b = ndivs/b;
236 >                        b = 1.0/b;      /* normalize gradient(s) */
237                          if (pg != NULL) {
238                                  posgradient(pg, div, &hemi);
239                                  for (i = 0; i < 3; i++)
# Line 200 | Line 252 | FVECT  pg, dg;
252                                  for (i = 0; i < 3; i++)
253                                          dg[i] = 0.0;
254                  }
255 <                free((char *)div);
255 >                free((void *)div);
256          }
205 –        b = 1.0/ndivs;
206 –        scalecolor(acol, b);
257          if (arad <= FTINY)
208 –                arad = FHUGE;
209 –        else
210 –                arad = (ndivs+ns)/arad;
211 –        if (arad > maxarad)
258                  arad = maxarad;
259 <        else if (arad < minarad)
259 >        else
260 >                arad = (ndivs+hemi.ns)/arad;
261 >        if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
262 >                d = DOT(pg,pg);
263 >                if (d*arad*arad > 1.0)
264 >                        arad = 1.0/sqrt(d);
265 >        }
266 >        if (arad < minarad) {
267                  arad = minarad;
268 <        arad /= sqrt(r->rweight);
269 <        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);
268 >                if (pg != NULL && d*arad*arad > 1.0) {  /* cap gradient */
269 >                        d = 1.0/arad/sqrt(d);
270                          for (i = 0; i < 3; i++)
271                                  pg[i] *= d;
272                  }
273          }
274 +        if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
275 +                arad = maxarad;
276          return(arad);
225 – oopsy:
226 –        if (div != NULL)
227 –                free((char *)div);
228 –        return(0.0);
277   }
278  
279  
280 < inithemi(hp, r)                 /* initialize sampling hemisphere */
281 < register AMBHEMI  *hp;
282 < RAY  *r;
280 > void
281 > comperrs(                       /* compute initial error estimates */
282 >        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
283 >        register AMBHEMI  *hp
284 > )
285   {
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 – {
286          double  b, b2;
287          int  i, j;
288          register AMBSAMP  *dp;
# Line 302 | Line 329 | register AMBHEMI  *hp;
329   }
330  
331  
332 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
333 < FVECT  gv;
334 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
335 < AMBHEMI  *hp;
332 > void
333 > posgradient(                                    /* compute position gradient */
334 >        FVECT  gv,
335 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
336 >        register AMBHEMI  *hp
337 > )
338   {
339          register int  i, j;
340 <        double  b, d;
340 >        double  nextsine, lastsine, b, d;
341          double  mag0, mag1;
342          double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
343          register AMBSAMP  *dp;
# Line 317 | Line 346 | AMBHEMI  *hp;
346          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
347                  dp = da + j;
348                  mag0 = mag1 = 0.0;
349 +                lastsine = 0.0;
350                  for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
351   #ifdef  DEBUG
352                          if (dp->t != i || dp->p != j)
# Line 327 | Line 357 | AMBHEMI  *hp;
357                          if (i > 0) {
358                                  d = dp[-hp->np].r;
359                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
360 <                                d *= 1.0 - sqrt((double)i/hp->nt);
360 >                                                        /* sin(t)*cos(t)^2 */
361 >                                d *= lastsine * (1.0 - (double)i/hp->nt);
362                                  mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
363                          }
364 +                        nextsine = sqrt((double)(i+1)/hp->nt);
365                          if (j > 0) {
366                                  d = dp[-1].r;
367                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
368 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[-1].v));
368 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
369 >                                                (b - bright(dp[-1].v));
370                          } else {
371                                  d = dp[hp->np-1].r;
372                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
373 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[hp->np-1].v));
373 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
374 >                                                (b - bright(dp[hp->np-1].v));
375                          }
376                          dp += hp->np;
377 +                        lastsine = nextsine;
378                  }
379 <                if (hp->nt > 1) {
345 <                        mag0 /= (double)hp->np;
346 <                        mag1 /= (double)hp->nt;
347 <                }
379 >                mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
380                  phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
381 <                cosp = cos(phi); sinp = sin(phi);
381 >                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
382                  xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
383                  yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
384          }
385          for (i = 0; i < 3; i++)
386 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/PI;
386 >                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*(hp->nt*hp->np)/PI;
387   }
388  
389  
390 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
391 < FVECT  gv;
392 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
393 < AMBHEMI  *hp;
390 > void
391 > dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
392 >        FVECT  gv,
393 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
394 >        register AMBHEMI  *hp
395 > )
396   {
397          register int  i, j;
398          double  mag;
# Line 375 | Line 409 | AMBHEMI  *hp;
409                                  error(CONSISTENCY,
410                                          "division order in dirgradient");
411   #endif
412 <                        mag += sqrt((i+.5)/hp->nt)*bright(dp->v);
412 >                                                        /* tan(t) */
413 >                        mag += bright(dp->v)/sqrt(hp->nt/(i+.5) - 1.0);
414                          dp += hp->np;
415                  }
416                  phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
417 <                xd += mag * cos(phi);
418 <                yd += mag * sin(phi);
417 >                xd += mag * tcos(phi);
418 >                yd += mag * tsin(phi);
419          }
420          for (i = 0; i < 3; i++)
421 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*PI/(hp->nt*hp->np);
421 >                gv[i] = xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i];
422   }

Diff Legend

– Removed lines
+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines