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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.20 by greg, Fri Oct 28 16:16:33 2005 UTC vs.
Revision 2.82 by greg, Thu Apr 12 20:07:09 2018 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  
18   #include "copyright.h"
19  
20   #include  "ray.h"
13
21   #include  "ambient.h"
15
22   #include  "random.h"
23  
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 + ambcollision(                           /* proposed direciton collides? */
55 +        AMBHEMI *hp,
56 +        int     i,
57 +        int     j,
58 +        FVECT   dv
59 + )
60 + {
61 +        double  cos_thresh;
62 +        int     ii, jj;
63 +                                        /* min. spacing = 1/4th division */
64 +        cos_thresh = (PI/4.)/(double)hp->ns;
65 +        cos_thresh = 1. - .5*cos_thresh*cos_thresh;
66 +                                        /* check existing neighbors */
67 +        for (ii = i-1; ii <= i+1; ii++) {
68 +                if (ii < 0) continue;
69 +                if (ii >= hp->ns) break;
70 +                for (jj = j-1; jj <= j+1; jj++) {
71 +                        AMBSAMP *ap;
72 +                        FVECT   avec;
73 +                        double  dprod;
74 +                        if (jj < 0) continue;
75 +                        if (jj >= hp->ns) break;
76 +                        if ((ii==i) & (jj==j)) continue;
77 +                        ap = &ambsam(hp,ii,jj);
78 +                        if (ap->d <= .5/FHUGE)
79 +                                continue;       /* no one home */
80 +                        VSUB(avec, ap->p, hp->rp->rop);
81 +                        dprod = DOT(avec, dv);
82 +                        if (dprod >= cos_thresh*VLEN(avec))
83 +                                return(1);      /* collision */
84 +                }
85 +        }
86 +        return(0);                      /* nothing to worry about */
87 + }
88 +
89 +
90 + static int
91 + ambsample(                              /* initial ambient division sample */
92 +        AMBHEMI *hp,
93 +        int     i,
94 +        int     j,
95 +        int     n
96 + )
97 + {
98 +        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
99 +        RAY     ar;
100 +        int     hlist[3], ii;
101 +        double  spt[2], zd;
102 +                                        /* generate hemispherical sample */
103 +                                        /* ambient coefficient for weight */
104 +        if (ambacc > FTINY)
105 +                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
106 +        else
107 +                copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
108 +        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
109 +                return(0);
110 +        if (ambacc > FTINY) {
111 +                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
112 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
113 +        }
114 +        hlist[0] = hp->rp->rno;
115 +        hlist[1] = j;
116 +        hlist[2] = i;
117 +        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
118 + resample:
119 +        SDsquare2disk(spt, (j+spt[1])/hp->ns, (i+spt[0])/hp->ns);
120 +        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
121 +        for (ii = 3; ii--; )
122 +                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
123 +                                spt[1]*hp->uy[ii] +
124 +                                zd*hp->rp->ron[ii];
125 +        checknorm(ar.rdir);
126 +                                        /* avoid coincident samples */
127 +        if (!n && ambcollision(hp, i, j, ar.rdir)) {
128 +                spt[0] = frandom(); spt[1] = frandom();
129 +                goto resample;          /* reject this sample */
130 +        }
131 +        dimlist[ndims++] = AI(hp,i,j) + 90171;
132 +        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
133 +        ndims--;
134 +        if (ar.rt <= FTINY)
135 +                return(0);              /* should never happen */
136 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
137 +        if (ar.rt*ap->d < 1.0)          /* new/closer distance? */
138 +                ap->d = 1.0/ar.rt;
139 +        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
140 +                if (ar.rt > 10.0*thescene.cusize + 1000.)
141 +                        ar.rt = 10.0*thescene.cusize + 1000.;
142 +                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
143 +                copycolor(ap->v, ar.rcol);
144 +        } else {                        /* else update recorded value */
145 +                hp->acol[RED] -= colval(ap->v,RED);
146 +                hp->acol[GRN] -= colval(ap->v,GRN);
147 +                hp->acol[BLU] -= colval(ap->v,BLU);
148 +                zd = 1.0/(double)(n+1);
149 +                scalecolor(ar.rcol, zd);
150 +                zd *= (double)n;
151 +                scalecolor(ap->v, zd);
152 +                addcolor(ap->v, ar.rcol);
153 +        }
154 +        addcolor(hp->acol, ap->v);      /* add to our sum */
155 +        return(1);
156 + }
157 +
158 +
159 + /* Estimate variance based on ambient division differences */
160 + static float *
161 + getambdiffs(AMBHEMI *hp)
162 + {
163 +        const double    normf = 1./bright(hp->acoef);
164 +        float   *earr = (float *)calloc(hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
165 +        float   *ep;
166 +        AMBSAMP *ap;
167 +        double  b, b1, d2;
168 +        int     i, j;
169 +
170 +        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
171 +                return(NULL);
172 +                                        /* sum squared neighbor diffs */
173 +        for (ap = hp->sa, ep = earr, i = 0; i < hp->ns; i++)
174 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
175 +                b = bright(ap[0].v);
176 +                if (i) {                /* from above */
177 +                        b1 = bright(ap[-hp->ns].v);
178 +                        d2 = b - b1;
179 +                        d2 *= d2*normf/(b + b1);
180 +                        ep[0] += d2;
181 +                        ep[-hp->ns] += d2;
182 +                }
183 +                if (!j) continue;
184 +                                        /* from behind */
185 +                b1 = bright(ap[-1].v);
186 +                d2 = b - b1;
187 +                d2 *= d2*normf/(b + b1);
188 +                ep[0] += d2;
189 +                ep[-1] += d2;
190 +                if (!i) continue;
191 +                                        /* diagonal */
192 +                b1 = bright(ap[-hp->ns-1].v);
193 +                d2 = b - b1;
194 +                d2 *= d2*normf/(b + b1);
195 +                ep[0] += d2;
196 +                ep[-hp->ns-1] += d2;
197 +            }
198 +                                        /* correct for number of neighbors */
199 +        earr[0] *= 8./3.;
200 +        earr[hp->ns-1] *= 8./3.;
201 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 8./3.;
202 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./3.;
203 +        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
204 +                earr[i*hp->ns] *= 8./5.;
205 +                earr[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./5.;
206 +        }
207 +        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
208 +                earr[j] *= 8./5.;
209 +                earr[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 8./5.;
210 +        }
211 +        return(earr);
212 + }
213 +
214 +
215 + /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
216 + static void
217 + ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
218 + {
219 +        float   *earr = getambdiffs(hp);
220 +        double  e2rem = 0;
221 +        float   *ep;
222 +        int     i, j, n, nss;
223 +
224 +        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
225 +                return;
226 +                                        /* accumulate estimated variances */
227 +        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
228 +                e2rem += *--ep;
229 +        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
230 +        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
231 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++) {
232 +                if (e2rem <= FTINY)
233 +                        goto done;      /* nothing left to do */
234 +                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
235 +                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
236 +                        if (!--cnt) goto done;
237 +                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
238 +        }
239 + done:
240 +        free(earr);
241 + }
242 +
243 +
244 + static AMBHEMI *
245 + samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
246 +        COLOR   rcol,
247 +        RAY     *r,
248 +        double  wt
249 + )
250 + {
251 +        AMBHEMI *hp;
252 +        double  d;
253 +        int     n, i, j;
254 +                                        /* insignificance check */
255 +        if (bright(rcol) <= FTINY)
256 +                return(NULL);
257 +                                        /* set number of divisions */
258 +        if (ambacc <= FTINY &&
259 +                        wt > (d = 0.8*intens(rcol)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
260 +                wt = d;                 /* avoid ray termination */
261 +        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
262 +        i = 1 + 5*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
263 +        if (n < i)
264 +                n = i;
265 +                                        /* allocate sampling array */
266 +        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
267 +        if (hp == NULL)
268 +                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
269 +        hp->rp = r;
270 +        hp->ns = n;
271 +        hp->acol[RED] = hp->acol[GRN] = hp->acol[BLU] = 0.0;
272 +        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
273 +        hp->sampOK = 0;
274 +                                        /* assign coefficient */
275 +        copycolor(hp->acoef, rcol);
276 +        d = 1.0/(n*n);
277 +        scalecolor(hp->acoef, d);
278 +                                        /* make tangent plane axes */
279 +        if (!getperpendicular(hp->ux, r->ron, 1))
280 +                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
281 +        VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
282 +                                        /* sample divisions */
283 +        for (i = hp->ns; i--; )
284 +            for (j = hp->ns; j--; )
285 +                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
286 +        copycolor(rcol, hp->acol);
287 +        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
288 +                free(hp);
289 +                return(NULL);
290 +        }
291 +        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
292 +                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
293 +                return(hp);
294 +        }
295 +        n = ambssamp*wt + 0.5;
296 +        if (n > 8) {                    /* perform super-sampling? */
297 +                ambsupersamp(hp, n);
298 +                copycolor(rcol, hp->acol);
299 +        }
300 +        return(hp);                     /* all is well */
301 + }
302 +
303 +
304 + /* Return brightness of farthest ambient sample */
305 + static double
306 + back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
307 + {
308 +        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
309 +                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
310 +                        return(colval(hp->sa[n1].v,CIEY));
311 +                return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
312 +        }
313 +        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
314 +                return(colval(hp->sa[n2].v,CIEY));
315 +        return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
316 + }
317 +
318 +
319 + /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
320 + static void
321 + comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
322 + {
323 +        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
324 +        int     ii;
325 +
326 +        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
327 +        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
328 +        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
329 +        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
330 +        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
331 +        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
332 +        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
333 +        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
334 +        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
335 +        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
336 +                        sqrt( rdot_cp );
337 +        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
338 +                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
339 +        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
340 +        for (ii = 3; ii--; )
341 +                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
342 + }
343 +
344 +
345 + /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
346 + static void
347 + compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
348 + {
349 +        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
350 +        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
351 +        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
352 +        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
353 +        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
354 +        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
355 + }
356 +
357 +
358 + /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
359 + static void
360 + comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
361 + {
362 +        FVECT   ncp;
363 +        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
364 +        double  d1, d2, d3, d4;
365 +        double  I3, J3, K3;
366 +        int     i, j;
367 +                                        /* compute intermediate coefficients */
368 +        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
369 +        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
370 +        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
371 +        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
372 +        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
373 +                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
374 +        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
375 +        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
376 +                                        /* intermediate matrices */
377 +        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
378 +        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
379 +        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
380 +        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
381 +        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
382 +        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
383 +        d2 = -d1*ftp->I2;
384 +        d1 *= 2.0;
385 +        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
386 +            for (j = 3; j--; ) {
387 +                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
388 +                                                2.0*J3*m4[i][j] );
389 +                hess[i][j] += d2*(i==j);
390 +                hess[i][j] *= -1.0/PI;
391 +            }
392 + }
393 +
394 +
395 + /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
396 + static void
397 + rev_hessian(FVECT hess[3])
398 + {
399 +        int     i;
400 +
401 +        for (i = 3; i--; ) {
402 +                hess[i][0] = -hess[i][0];
403 +                hess[i][1] = -hess[i][1];
404 +                hess[i][2] = -hess[i][2];
405 +        }
406 + }
407 +
408 +
409 + /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
410 + static void
411 + add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
412 +                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
413 + {
414 +        int     i, j;
415 +
416 +        for (i = 3; i--; )
417 +            for (j = 3; j--; )
418 +                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
419 + }
420 +
421 +
422 + /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
423 + static void
424 + comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
425 + {
426 +        FVECT   ncp;
427 +        double  f1;
428 +        int     i;
429 +
430 +        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
431 +        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
432 +        for (i = 3; i--; )
433 +                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
434 + }
435 +
436 +
437 + /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
438 + static void
439 + rev_gradient(FVECT grad)
440 + {
441 +        grad[0] = -grad[0];
442 +        grad[1] = -grad[1];
443 +        grad[2] = -grad[2];
444 + }
445 +
446 +
447 + /* Add to displacement gradient from the given triangle */
448 + static void
449 + add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
450 + {
451 +        int     i;
452 +
453 +        for (i = 3; i--; )
454 +                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
455 + }
456 +
457 +
458 + /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
459 + static void
460 + eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
461 + {
462 +        double  hess2[2][2];
463 +        FVECT   a, b;
464 +        double  evalue[2], slope1, xmag1;
465 +        int     i;
466 +                                        /* project Hessian to sample plane */
467 +        for (i = 3; i--; ) {
468 +                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
469 +                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
470 +        }
471 +        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
472 +        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
473 +        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
474 +        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
475 +                                        /* compute eigenvalue(s) */
476 +        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
477 +                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
478 +        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
479 +                evalue[1] = evalue[0];
480 +        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
481 +                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
482 +                ra[0] = ra[1] = maxarad;
483 +                return;
484 +        }
485 +        if (evalue[0] > evalue[1]) {
486 +                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
487 +                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
488 +                slope1 = evalue[1];
489 +        } else {
490 +                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
491 +                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
492 +                slope1 = evalue[0];
493 +        }
494 +                                        /* compute unit eigenvectors */
495 +        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
496 +                return;                 /* uv OK as is */
497 +        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
498 +        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
499 +        for (i = 3; i--; ) {
500 +                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
501 +                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
502 +        }
503 +        VCOPY(uv[0], a);
504 +        VCOPY(uv[1], b);
505 + }
506 +
507 +
508 + static void
509 + ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
510 +        AMBHEMI *hp,
511 +        FVECT   uv[2],                  /* returned */
512 +        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
513 +        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
514 + )
515 + {
516 +        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
517 +        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
518 +        FVECT           *gradrow = NULL;
519 +        FVECT           hessian[3];
520 +        FVECT           gradient;
521 +        FFTRI           fftr;
522 +        int             i, j;
523 +                                        /* be sure to assign unit vectors */
524 +        VCOPY(uv[0], hp->ux);
525 +        VCOPY(uv[1], hp->uy);
526 +                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
527 +        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
528 +                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
529 +                if (hessrow == NULL)
530 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
531 +                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
532 +        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
533 +                return;
534 +        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
535 +                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
536 +                if (gradrow == NULL)
537 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
538 +                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
539 +        }
540 +                                        /* compute first row of edges */
541 +        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
542 +                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
543 +                if (hessrow != NULL)
544 +                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
545 +                if (gradrow != NULL)
546 +                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
547 +        }
548 +                                        /* sum each row of triangles */
549 +        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
550 +            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
551 +            FVECT       gradcol;
552 +            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
553 +            if (hessrow != NULL)
554 +                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
555 +            if (gradrow != NULL)
556 +                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
557 +            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
558 +                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
559 +                FVECT   graddia;
560 +                double  backg;
561 +                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
562 +                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
563 +                                        /* diagonal (inner) edge */
564 +                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
565 +                if (hessrow != NULL) {
566 +                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
567 +                    rev_hessian(hesscol);
568 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
569 +                }
570 +                if (gradrow != NULL) {
571 +                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
572 +                    rev_gradient(gradcol);
573 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
574 +                }
575 +                                        /* initialize edge in next row */
576 +                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
577 +                if (hessrow != NULL)
578 +                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
579 +                if (gradrow != NULL)
580 +                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
581 +                                        /* new column edge & paired triangle */
582 +                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
583 +                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
584 +                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
585 +                if (hessrow != NULL) {
586 +                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
587 +                    rev_hessian(hessdia);
588 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
589 +                    if (i < hp->ns-2)
590 +                        rev_hessian(hessrow[j]);
591 +                }
592 +                if (gradrow != NULL) {
593 +                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
594 +                    rev_gradient(graddia);
595 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
596 +                    if (i < hp->ns-2)
597 +                        rev_gradient(gradrow[j]);
598 +                }
599 +            }
600 +        }
601 +                                        /* release row buffers */
602 +        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
603 +        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
604 +        
605 +        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
606 +                eigenvectors(uv, ra, hessian);
607 +        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
608 +                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
609 +                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
610 +        }
611 + }
612 +
613 +
614 + /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
615 + static void
616 + ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
617 + {
618 +        AMBSAMP *ap;
619 +        double  dgsum[2];
620 +        int     n;
621 +        FVECT   vd;
622 +        double  gfact;
623 +
624 +        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
625 +        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
626 +                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
627 +                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
628 +                                        /* brightness over cosine factor */
629 +                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
630 +                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
631 +                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
632 +                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
633 +        }
634 +        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
635 +        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
636 + }
637 +
638 +
639 + /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
640 + static uint32
641 + ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
642 + {
643 +        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
644 +        const double    ang_res = 0.5*PI/hp->ns;
645 +        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + 1.01);
646 +        double          avg_d = 0;
647 +        uint32          flgs = 0;
648 +        FVECT           vec;
649 +        double          u, v;
650 +        double          ang, a1;
651 +        int             i, j;
652 +                                        /* don't bother for a few samples */
653 +        if (hp->ns < 8)
654 +                return(0);
655 +                                        /* check distances overhead */
656 +        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
657 +            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
658 +                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
659 +        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
660 +        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
661 +                return(0);
662 +        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
663 +                return(0);
664 +                                        /* else circle around perimeter */
665 +        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
666 +            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
667 +                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
668 +                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
669 +                        continue;       /* too far or too near */
670 +                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
671 +                u = DOT(vec, uv[0]);
672 +                v = DOT(vec, uv[1]);
673 +                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
674 +                        continue;       /* occluder outside ellipse */
675 +                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
676 +                for (a1 = ang-ang_res; a1 <= ang+ang_res; a1 += ang_step)
677 +                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
678 +            }
679 +        return(flgs);
680 + }
681 +
682 +
683 + int
684 + doambient(                              /* compute ambient component */
685 +        COLOR   rcol,                   /* input/output color */
686 +        RAY     *r,
687 +        double  wt,
688 +        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
689 +        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
690 +        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
691 +        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
692 +        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
693 + )
694 + {
695 +        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
696 +        FVECT   my_uv[2];
697 +        double  d, K;
698 +        AMBSAMP *ap;
699 +        int     i;
700 +                                        /* clear return values */
701 +        if (uv != NULL)
702 +                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
703 +        if (ra != NULL)
704 +                ra[0] = ra[1] = 0.0;
705 +        if (pg != NULL)
706 +                pg[0] = pg[1] = 0.0;
707 +        if (dg != NULL)
708 +                dg[0] = dg[1] = 0.0;
709 +        if (crlp != NULL)
710 +                *crlp = 0;
711 +        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
712 +                return(0);
713 +
714 +        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
715 +                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < 6)) {
716 +                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
717 +                return(-1);             /* value-only return value */
718 +        }
719 +        if ((d = bright(rcol)) > FTINY) {       /* normalize Y values */
720 +                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;
721 +                K = 0.01;
722 +        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
723 +                K = 1.0;
724 +                pg = NULL;
725 +                dg = NULL;
726 +                crlp = NULL;
727 +        }
728 +        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
729 +        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
730 +                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + K;
731 +
732 +        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
733 +                uv = my_uv;
734 +                                        /* compute radii & pos. gradient */
735 +        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
736 +
737 +        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
738 +                ambdirgrad(hp, uv, dg);
739 +
740 +        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
741 +                if (pg != NULL) {
742 +                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
743 +                                ra[0] = 1.0/d;
744 +                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
745 +                                ra[1] = 1.0/d;
746 +                        if (ra[0] > ra[1])
747 +                                ra[0] = ra[1];
748 +                }
749 +                if (ra[0] < minarad) {
750 +                        ra[0] = minarad;
751 +                        if (ra[1] < minarad)
752 +                                ra[1] = minarad;
753 +                }
754 +                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(wt);
755 +                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
756 +                        ra[1] = 2.0*ra[0];
757 +                if (ra[1] > maxarad) {
758 +                        ra[1] = maxarad;
759 +                        if (ra[0] > maxarad)
760 +                                ra[0] = maxarad;
761 +                }
762 +                                        /* flag encroached directions */
763 +                if (crlp != NULL)
764 +                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
765 +                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
766 +                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
767 +                        if (d > 1.0) {
768 +                                d = 1.0/sqrt(d);
769 +                                pg[0] *= d;
770 +                                pg[1] *= d;
771 +                        }
772 +                }
773 +        }
774 +        free(hp);                       /* clean up and return */
775 +        return(1);
776 + }
777 +
778 +
779 + #else /* ! NEWAMB */
780 +
781 +
782   void
783   inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
784 <        register AMBHEMI  *hp,
784 >        AMBHEMI  *hp,
785          COLOR ac,
786          RAY  *r,
787          double  wt
788   )
789   {
790          double  d;
791 <        register int  i;
791 >        int  i;
792                                          /* set number of divisions */
793          if (ambacc <= FTINY &&
794                          wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
# Line 58 | Line 821 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
821  
822   int
823   divsample(                              /* sample a division */
824 <        register AMBSAMP  *dp,
824 >        AMBSAMP  *dp,
825          AMBHEMI  *h,
826          RAY  *r
827   )
# Line 69 | Line 832 | divsample(                             /* sample a division */
832          double  xd, yd, zd;
833          double  b2;
834          double  phi;
835 <        register int  i;
835 >        int  i;
836                                          /* ambient coefficient for weight */
837          if (ambacc > FTINY)
838                  setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
# Line 94 | Line 857 | divsample(                             /* sample a division */
857                  ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
858                                  yd*h->uy[i] +
859                                  zd*h->uz[i];
860 +        checknorm(ar.rdir);
861          dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
862          rayvalue(&ar);
863          ndims--;
# Line 138 | Line 902 | ambnorm(                               /* standard order */
902   {
903          const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
904          const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
905 <        register int    c;
905 >        int     c;
906  
907          if ( (c = d1->t - d2->t) )
908                  return(c);
# Line 148 | Line 912 | ambnorm(                               /* standard order */
912  
913   double
914   doambient(                              /* compute ambient component */
915 <        COLOR  acol,
915 >        COLOR  rcol,
916          RAY  *r,
917          double  wt,
918          FVECT  pg,
919          FVECT  dg
920   )
921   {
922 <        double  b, d;
922 >        double  b, d=0;
923          AMBHEMI  hemi;
924          AMBSAMP  *div;
925          AMBSAMP  dnew;
926 <        register AMBSAMP  *dp;
926 >        double  acol[3];
927 >        AMBSAMP  *dp;
928          double  arad;
929          int  divcnt;
930 <        register int  i, j;
930 >        int  i, j;
931                                          /* initialize hemisphere */
932 <        inithemi(&hemi, acol, r, wt);
932 >        inithemi(&hemi, rcol, r, wt);
933          divcnt = hemi.nt * hemi.np;
934                                          /* initialize */
935          if (pg != NULL)
936                  pg[0] = pg[1] = pg[2] = 0.0;
937          if (dg != NULL)
938                  dg[0] = dg[1] = dg[2] = 0.0;
939 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
939 >        setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
940          if (divcnt == 0)
941                  return(0.0);
942                                          /* allocate super-samples */
# Line 183 | Line 948 | doambient(                             /* compute ambient component */
948                  div = NULL;
949                                          /* sample the divisions */
950          arad = 0.0;
951 +        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
952          if ((dp = div) == NULL)
953                  dp = &dnew;
954          divcnt = 0;
# Line 204 | Line 970 | doambient(                             /* compute ambient component */
970                          else
971                                  addcolor(acol, dp->v);
972                  }
973 <        if (!divcnt)
973 >        if (!divcnt) {
974 >                if (div != NULL)
975 >                        free((void *)div);
976                  return(0.0);            /* no samples taken */
977 +        }
978          if (divcnt < hemi.nt*hemi.np) {
979                  pg = dg = NULL;         /* incomplete sampling */
980                  hemi.ns = 0;
# Line 261 | Line 1030 | doambient(                             /* compute ambient component */
1030                  }
1031                  free((void *)div);
1032          }
1033 +        copycolor(rcol, acol);
1034          if (arad <= FTINY)
1035                  arad = maxarad;
1036          else
# Line 287 | Line 1057 | doambient(                             /* compute ambient component */
1057   void
1058   comperrs(                       /* compute initial error estimates */
1059          AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
1060 <        register AMBHEMI  *hp
1060 >        AMBHEMI  *hp
1061   )
1062   {
1063          double  b, b2;
1064          int  i, j;
1065 <        register AMBSAMP  *dp;
1065 >        AMBSAMP  *dp;
1066                                  /* sum differences from neighbors */
1067          dp = da;
1068          for (i = 0; i < hp->nt; i++)
# Line 340 | Line 1110 | void
1110   posgradient(                                    /* compute position gradient */
1111          FVECT  gv,
1112          AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
1113 <        register AMBHEMI  *hp
1113 >        AMBHEMI  *hp
1114   )
1115   {
1116 <        register int  i, j;
1116 >        int  i, j;
1117          double  nextsine, lastsine, b, d;
1118          double  mag0, mag1;
1119          double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
1120 <        register AMBSAMP  *dp;
1120 >        AMBSAMP  *dp;
1121  
1122          xd = yd = 0.0;
1123          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
# Line 398 | Line 1168 | void
1168   dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
1169          FVECT  gv,
1170          AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
1171 <        register AMBHEMI  *hp
1171 >        AMBHEMI  *hp
1172   )
1173   {
1174 <        register int  i, j;
1174 >        int  i, j;
1175          double  mag;
1176          double  phi, xd, yd;
1177 <        register AMBSAMP  *dp;
1177 >        AMBSAMP  *dp;
1178  
1179          xd = yd = 0.0;
1180          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
# Line 427 | Line 1197 | dirgradient(                                   /* compute direction gradient */
1197          for (i = 0; i < 3; i++)
1198                  gv[i] = xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i];
1199   }
1200 +
1201 + #endif  /* ! NEWAMB */

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