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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 2.85 by greg, Tue May 14 17:39:10 2019 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  
16 #ifdef NEWAMB
17
24   extern void             SDsquare2disk(double ds[2], double seedx, double seedy);
25  
26   typedef struct {
27 +        COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
28 +        float   d;              /* reciprocal distance */
29 +        FVECT   p;              /* intersection point */
30 + } AMBSAMP;              /* sample value */
31 +
32 + typedef struct {
33          RAY     *rp;            /* originating ray sample */
22        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis directions */
34          int     ns;             /* number of samples per axis */
35 +        int     sampOK;         /* acquired full sample set? */
36          COLOR   acoef;          /* division contribution coefficient */
37 <        struct s_ambsamp {
38 <                COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
39 <                float   p[3];           /* intersection point */
28 <        } sa[1];                /* sample array (extends struct) */
37 >        double  acol[3];        /* accumulated color */
38 >        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis unit vectors */
39 >        AMBSAMP sa[1];          /* sample array (extends struct) */
40   }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
41  
42 < #define ambsamp(h,i,j)  (h)->sa[(i)*(h)->ns + (j)]
42 > #define AI(h,i,j)       ((i)*(h)->ns + (j))
43 > #define ambsam(h,i,j)   (h)->sa[AI(h,i,j)]
44  
45 + typedef struct {
46 +        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rcp, rI2_eJ2;
47 +        double  I1, I2;
48 + } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
49  
50 < static AMBHEMI *
51 < inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
52 <        COLOR   ac,
53 <        RAY     *r,
54 <        double  wt
50 >
51 > static int
52 > ambcollision(                           /* proposed direciton collides? */
53 >        AMBHEMI *hp,
54 >        int     i,
55 >        int     j,
56 >        FVECT   dv
57   )
58   {
59 <        AMBHEMI *hp;
60 <        double  d;
61 <        int     n, i;
62 <                                        /* set number of divisions */
63 <        if (ambacc <= FTINY &&
64 <                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
65 <                wt = d;                 /* avoid ray termination */
66 <        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
67 <        i = 1 + 4*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
68 <        if (n < i)
69 <                n = i;
70 <                                        /* allocate sampling array */
71 <        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) +
72 <                                sizeof(struct s_ambsamp)*(n*n - 1));
73 <        if (hp == NULL)
74 <                return(NULL);
75 <        hp->rp = r;
76 <        hp->ns = n;
77 <                                        /* assign coefficient */
78 <        copycolor(hp->acoef, ac);
79 <        d = 1.0/(n*n);
80 <        scalecolor(hp->acoef, d);
81 <                                        /* make tangent axes */
82 <        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
83 <        for (i = 0; i < 3; i++)
84 <                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);
59 >        double  cos_thresh;
60 >        int     ii, jj;
61 >                                        /* min. spacing = 1/4th division */
62 >        cos_thresh = (PI/4.)/(double)hp->ns;
63 >        cos_thresh = 1. - .5*cos_thresh*cos_thresh;
64 >                                        /* check existing neighbors */
65 >        for (ii = i-1; ii <= i+1; ii++) {
66 >                if (ii < 0) continue;
67 >                if (ii >= hp->ns) break;
68 >                for (jj = j-1; jj <= j+1; jj++) {
69 >                        AMBSAMP *ap;
70 >                        FVECT   avec;
71 >                        double  dprod;
72 >                        if (jj < 0) continue;
73 >                        if (jj >= hp->ns) break;
74 >                        if ((ii==i) & (jj==j)) continue;
75 >                        ap = &ambsam(hp,ii,jj);
76 >                        if (ap->d <= .5/FHUGE)
77 >                                continue;       /* no one home */
78 >                        VSUB(avec, ap->p, hp->rp->rop);
79 >                        dprod = DOT(avec, dv);
80 >                        if (dprod >= cos_thresh*VLEN(avec))
81 >                                return(1);      /* collision */
82 >                }
83 >        }
84 >        return(0);                      /* nothing to worry about */
85   }
86  
87  
88   static int
89 < ambsample(                              /* sample an ambient direction */
89 > ambsample(                              /* initial ambient division sample */
90          AMBHEMI *hp,
91          int     i,
92          int     j,
93 +        int     n
94   )
95   {
96 <        struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
97 <        RAY                     ar;
98 <        int                     hlist[3];
99 <        double                  spt[2], dz;
100 <        int                     ii;
96 >        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
97 >        RAY     ar;
98 >        int     hlist[3], ii;
99 >        double  spt[2], zd;
100 >                                        /* generate hemispherical sample */
101                                          /* ambient coefficient for weight */
102          if (ambacc > FTINY)
103                  setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
104          else
105                  copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
106 <        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0) {
107 <                setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
98 <                ap->r = 0.;
99 <                return(0);              /* no sample taken */
100 <        }
106 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
107 >                return(0);
108          if (ambacc > FTINY) {
109                  multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
110                  scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
111          }
112 <                                        /* generate hemispherical sample */
113 <        SDsquare2disk(spt, (i+frandom())/hp->ns, (j+frandom())/hp->ns);
112 >        hlist[0] = hp->rp->rno;
113 >        hlist[1] = j;
114 >        hlist[2] = i;
115 >        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
116 > resample:
117 >        SDsquare2disk(spt, (j+spt[1])/hp->ns, (i+spt[0])/hp->ns);
118          zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
119          for (ii = 3; ii--; )
120                  ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
121                                  spt[1]*hp->uy[ii] +
122                                  zd*hp->rp->ron[ii];
123          checknorm(ar.rdir);
124 <        dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
124 >                                        /* avoid coincident samples */
125 >        if (!n && ambcollision(hp, i, j, ar.rdir)) {
126 >                spt[0] = frandom(); spt[1] = frandom();
127 >                goto resample;          /* reject this sample */
128 >        }
129 >        dimlist[ndims++] = AI(hp,i,j) + 90171;
130          rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
131          ndims--;
132 +        zd = raydistance(&ar);
133 +        if (zd <= FTINY)
134 +                return(0);              /* should never happen */
135          multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
136 <        copycolor(ap->v, ar.rcol);
137 <        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
138 <                ar.rt = 20.0*maxarad;
139 <        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
136 >        if (zd*ap->d < 1.0)             /* new/closer distance? */
137 >                ap->d = 1.0/zd;
138 >        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
139 >                if (zd > 10.0*thescene.cusize + 1000.)
140 >                        zd = 10.0*thescene.cusize + 1000.;
141 >                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, zd);
142 >                copycolor(ap->v, ar.rcol);
143 >        } else {                        /* else update recorded value */
144 >                hp->acol[RED] -= colval(ap->v,RED);
145 >                hp->acol[GRN] -= colval(ap->v,GRN);
146 >                hp->acol[BLU] -= colval(ap->v,BLU);
147 >                zd = 1.0/(double)(n+1);
148 >                scalecolor(ar.rcol, zd);
149 >                zd *= (double)n;
150 >                scalecolor(ap->v, zd);
151 >                addcolor(ap->v, ar.rcol);
152 >        }
153 >        addcolor(hp->acol, ap->v);      /* add to our sum */
154          return(1);
155   }
156  
157  
158 < static void
159 < ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
160 <        AMBHEMI *hp,
128 <        FVECT   uv[2],                  /* returned */
129 <        float   ra[2],                  /* returned */
130 <        float   pg[2]                   /* returned */
131 < )
158 > /* Estimate variance based on ambient division differences */
159 > static float *
160 > getambdiffs(AMBHEMI *hp)
161   {
162 <        if (ra != NULL) {               /* compute Hessian-derived radii */
163 <        } else {                        /* else copy original tangent axes */
164 <                VCOPY(uv[0], hp->ux);
165 <                VCOPY(uv[1], hp->uy);
162 >        const double    normf = 1./bright(hp->acoef);
163 >        float   *earr = (float *)calloc(hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
164 >        float   *ep;
165 >        AMBSAMP *ap;
166 >        double  b, b1, d2;
167 >        int     i, j;
168 >
169 >        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
170 >                return(NULL);
171 >                                        /* sum squared neighbor diffs */
172 >        for (ap = hp->sa, ep = earr, i = 0; i < hp->ns; i++)
173 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
174 >                b = bright(ap[0].v);
175 >                if (i) {                /* from above */
176 >                        b1 = bright(ap[-hp->ns].v);
177 >                        d2 = b - b1;
178 >                        d2 *= d2*normf/(b + b1);
179 >                        ep[0] += d2;
180 >                        ep[-hp->ns] += d2;
181 >                }
182 >                if (!j) continue;
183 >                                        /* from behind */
184 >                b1 = bright(ap[-1].v);
185 >                d2 = b - b1;
186 >                d2 *= d2*normf/(b + b1);
187 >                ep[0] += d2;
188 >                ep[-1] += d2;
189 >                if (!i) continue;
190 >                                        /* diagonal */
191 >                b1 = bright(ap[-hp->ns-1].v);
192 >                d2 = b - b1;
193 >                d2 *= d2*normf/(b + b1);
194 >                ep[0] += d2;
195 >                ep[-hp->ns-1] += d2;
196 >            }
197 >                                        /* correct for number of neighbors */
198 >        earr[0] *= 8./3.;
199 >        earr[hp->ns-1] *= 8./3.;
200 >        earr[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 8./3.;
201 >        earr[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./3.;
202 >        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
203 >                earr[i*hp->ns] *= 8./5.;
204 >                earr[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./5.;
205          }
206 <        if (pg == NULL)                 /* no position gradient requested? */
206 >        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
207 >                earr[j] *= 8./5.;
208 >                earr[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 8./5.;
209 >        }
210 >        return(earr);
211 > }
212 >
213 >
214 > /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
215 > static void
216 > ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
217 > {
218 >        float   *earr = getambdiffs(hp);
219 >        double  e2rem = 0;
220 >        float   *ep;
221 >        int     i, j, n, nss;
222 >
223 >        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
224                  return;
225 +                                        /* accumulate estimated variances */
226 +        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
227 +                e2rem += *--ep;
228 +        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
229 +        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
230 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++) {
231 +                if (e2rem <= FTINY)
232 +                        goto done;      /* nothing left to do */
233 +                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
234 +                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
235 +                        if (!--cnt) goto done;
236 +                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
237 +        }
238 + done:
239 +        free(earr);
240   }
241  
242 < int
243 < doambient(                              /* compute ambient component */
244 <        COLOR   rcol,                   /* input/output color */
242 >
243 > static AMBHEMI *
244 > samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
245 >        COLOR   rcol,
246          RAY     *r,
247 <        double  wt,
147 <        FVECT   uv[2],                  /* returned */
148 <        float   ra[2],                  /* returned */
149 <        float   pg[2],                  /* returned */
150 <        float   dg[2]                   /* returned */
247 >        double  wt
248   )
249   {
250 <        int                     cnt = 0;
251 <        FVECT                   my_uv[2];
252 <        AMBHEMI                 *hp;
253 <        double                  d, acol[3];
254 <        struct s_ambsamp        *ap;
255 <        int                     i, j;
256 <                                        /* initialize */
257 <        if ((hp = inithemi(rcol, r, wt)) == NULL)
258 <                return(0);
259 <        if (uv != NULL)
260 <                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
261 <        if (ra != NULL)
262 <                ra[0] = ra[1] = 0.0;
263 <        if (pg != NULL)
264 <                pg[0] = pg[1] = 0.0;
265 <        if (dg != NULL)
266 <                dg[0] = dg[1] = 0.0;
267 <                                        /* sample the hemisphere */
268 <        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
269 <        for (i = hemi.ns; i--; )
270 <                for (j = hemi.ns; j--; )
271 <                        if (ambsample(hp, i, j)) {
272 <                                ap = &ambsamp(hp,i,j);
273 <                                addcolor(acol, ap->v);
274 <                                ++cnt;
275 <                        }
276 <        if (!cnt) {
277 <                setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
250 >        AMBHEMI *hp;
251 >        double  d;
252 >        int     n, i, j;
253 >                                        /* insignificance check */
254 >        if (bright(rcol) <= FTINY)
255 >                return(NULL);
256 >                                        /* set number of divisions */
257 >        if (ambacc <= FTINY &&
258 >                        wt > (d = 0.8*intens(rcol)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
259 >                wt = d;                 /* avoid ray termination */
260 >        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
261 >        i = 1 + 5*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
262 >        if (n < i)
263 >                n = i;
264 >                                        /* allocate sampling array */
265 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
266 >        if (hp == NULL)
267 >                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
268 >        hp->rp = r;
269 >        hp->ns = n;
270 >        hp->acol[RED] = hp->acol[GRN] = hp->acol[BLU] = 0.0;
271 >        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
272 >        hp->sampOK = 0;
273 >                                        /* assign coefficient */
274 >        copycolor(hp->acoef, rcol);
275 >        d = 1.0/(n*n);
276 >        scalecolor(hp->acoef, d);
277 >                                        /* make tangent plane axes */
278 >        if (!getperpendicular(hp->ux, r->ron, 1))
279 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
280 >        VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
281 >                                        /* sample divisions */
282 >        for (i = hp->ns; i--; )
283 >            for (j = hp->ns; j--; )
284 >                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
285 >        copycolor(rcol, hp->acol);
286 >        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
287                  free(hp);
288 <                return(0);              /* no valid samples */
288 >                return(NULL);
289          }
290 <        d = 1.0 / cnt;                  /* final indirect irradiance/PI */
291 <        acol[0] *= d; acol[1] *= d; acol[2] *= d;
292 <        copycolor(rcol, acol);
187 <        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
188 <                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
189 <                free(hp);
190 <                return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
290 >        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
291 >                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
292 >                return(hp);
293          }
294 <        d = 0.01 * bright(rcol);        /* add in 1% before Hessian comp. */
295 <        if (d < FTINY) d = FTINY;
296 <        ap = hp->sa;                    /* using Y channel from here on... */
297 <        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
298 <                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v) + d;
294 >        if (hp->sampOK < 64)
295 >                return(hp);             /* insufficient for super-sampling */
296 >        n = ambssamp*wt + 0.5;
297 >        if (n > 8) {                    /* perform super-sampling? */
298 >                ambsupersamp(hp, n);
299 >                copycolor(rcol, hp->acol);
300 >        }
301 >        return(hp);                     /* all is well */
302 > }
303  
304 <        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
305 <                uv = my_uv;
306 <                                        /* compute radii & pos. gradient */
307 <        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
308 <        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
309 <                ambdirgrad(hp, uv, dg);
310 <        if (ra != NULL) {               /* adjust/clamp radii */
311 <                d = pow(wt, -0.25);
312 <                if ((ra[0] *= d) > maxarad)
207 <                        ra[0] = maxarad;
208 <                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
209 <                        ra[1] = 2.0*ra[0];
304 >
305 > /* Return brightness of farthest ambient sample */
306 > static double
307 > back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
308 > {
309 >        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
310 >                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
311 >                        return(colval(hp->sa[n1].v,CIEY));
312 >                return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
313          }
314 <        free(hp);                       /* clean up and return */
315 <        return(1);
314 >        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
315 >                return(colval(hp->sa[n2].v,CIEY));
316 >        return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
317   }
318  
319  
320 < #else /* ! NEWAMB */
320 > /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
321 > static void
322 > comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
323 > {
324 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
325 >        int     ii;
326  
327 +        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
328 +        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
329 +        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
330 +        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
331 +        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
332 +        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
333 +        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
334 +        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
335 +        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
336 +        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
337 +                        sqrt( rdot_cp );
338 +        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
339 +                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
340 +        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
341 +        for (ii = 3; ii--; )
342 +                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
343 + }
344  
345 < void
346 < inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
347 <        AMBHEMI  *hp,
348 <        COLOR ac,
223 <        RAY  *r,
224 <        double  wt
225 < )
345 >
346 > /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
347 > static void
348 > compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
349   {
350 <        double  d;
351 <        int  i;
352 <                                        /* set number of divisions */
353 <        if (ambacc <= FTINY &&
354 <                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
355 <                wt = d;                 /* avoid ray termination */
233 <        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
234 <        i = ambacc > FTINY ? 3 : 1;     /* minimum number of samples */
235 <        if (hp->nt < i)
236 <                hp->nt = i;
237 <        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
238 <                                        /* set number of super-samples */
239 <        hp->ns = ambssamp * wt + 0.5;
240 <                                        /* assign coefficient */
241 <        copycolor(hp->acoef, ac);
242 <        d = 1.0/(hp->nt*hp->np);
243 <        scalecolor(hp->acoef, d);
244 <                                        /* make axes */
245 <        VCOPY(hp->uz, r->ron);
246 <        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
247 <        for (i = 0; i < 3; i++)
248 <                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
249 <                        break;
250 <        if (i >= 3)
251 <                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
252 <        hp->uy[i] = 1.0;
253 <        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
254 <        normalize(hp->ux);
255 <        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
350 >        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
351 >        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
352 >        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
353 >        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
354 >        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
355 >        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
356   }
357  
358  
359 < int
360 < divsample(                              /* sample a division */
361 <        AMBSAMP  *dp,
262 <        AMBHEMI  *h,
263 <        RAY  *r
264 < )
359 > /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
360 > static void
361 > comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
362   {
363 <        RAY  ar;
364 <        int  hlist[3];
365 <        double  spt[2];
366 <        double  xd, yd, zd;
367 <        double  b2;
368 <        double  phi;
369 <        int  i;
370 <                                        /* ambient coefficient for weight */
371 <        if (ambacc > FTINY)
372 <                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
373 <        else
374 <                copycolor(ar.rcoef, h->acoef);
375 <        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, r, ar.rcoef) < 0)
376 <                return(-1);
377 <        if (ambacc > FTINY) {
378 <                multcolor(ar.rcoef, h->acoef);
379 <                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
363 >        FVECT   ncp;
364 >        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
365 >        double  d1, d2, d3, d4;
366 >        double  I3, J3, K3;
367 >        int     i, j;
368 >                                        /* compute intermediate coefficients */
369 >        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
370 >        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
371 >        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
372 >        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
373 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
374 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
375 >        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
376 >        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
377 >                                        /* intermediate matrices */
378 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
379 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
380 >        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
381 >        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
382 >        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
383 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
384 >        d2 = -d1*ftp->I2;
385 >        d1 *= 2.0;
386 >        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
387 >            for (j = 3; j--; ) {
388 >                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
389 >                                                2.0*J3*m4[i][j] );
390 >                hess[i][j] += d2*(i==j);
391 >                hess[i][j] *= -1.0/PI;
392 >            }
393 > }
394 >
395 >
396 > /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
397 > static void
398 > rev_hessian(FVECT hess[3])
399 > {
400 >        int     i;
401 >
402 >        for (i = 3; i--; ) {
403 >                hess[i][0] = -hess[i][0];
404 >                hess[i][1] = -hess[i][1];
405 >                hess[i][2] = -hess[i][2];
406          }
284        hlist[0] = r->rno;
285        hlist[1] = dp->t;
286        hlist[2] = dp->p;
287        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n));
288        zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
289        phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
290        xd = tcos(phi) * zd;
291        yd = tsin(phi) * zd;
292        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
293        for (i = 0; i < 3; i++)
294                ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
295                                yd*h->uy[i] +
296                                zd*h->uz[i];
297        checknorm(ar.rdir);
298        dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
299        rayvalue(&ar);
300        ndims--;
301        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
302        addcolor(dp->v, ar.rcol);
303                                        /* use rt to improve gradient calc */
304        if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
305                dp->r += 1.0/ar.rt;
306                                        /* (re)initialize error */
307        if (dp->n++) {
308                b2 = bright(dp->v)/dp->n - bright(ar.rcol);
309                b2 = b2*b2 + dp->k*((dp->n-1)*(dp->n-1));
310                dp->k = b2/(dp->n*dp->n);
311        } else
312                dp->k = 0.0;
313        return(0);
407   }
408  
409  
410 < static int
411 < ambcmp(                                 /* decreasing order */
412 <        const void *p1,
413 <        const void *p2
321 < )
410 > /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
411 > static void
412 > add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
413 >                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
414   {
415 <        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
324 <        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
415 >        int     i, j;
416  
417 <        if (d1->k < d2->k)
418 <                return(1);
419 <        if (d1->k > d2->k)
329 <                return(-1);
330 <        return(0);
417 >        for (i = 3; i--; )
418 >            for (j = 3; j--; )
419 >                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
420   }
421  
422  
423 < static int
424 < ambnorm(                                /* standard order */
425 <        const void *p1,
337 <        const void *p2
338 < )
423 > /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
424 > static void
425 > comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
426   {
427 <        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
428 <        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
429 <        int     c;
427 >        FVECT   ncp;
428 >        double  f1;
429 >        int     i;
430  
431 <        if ( (c = d1->t - d2->t) )
432 <                return(c);
433 <        return(d1->p - d2->p);
431 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
432 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
433 >        for (i = 3; i--; )
434 >                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
435   }
436  
437  
438 < double
439 < doambient(                              /* compute ambient component */
440 <        COLOR  rcol,
353 <        RAY  *r,
354 <        double  wt,
355 <        FVECT  pg,
356 <        FVECT  dg
357 < )
438 > /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
439 > static void
440 > rev_gradient(FVECT grad)
441   {
442 <        double  b, d=0;
443 <        AMBHEMI  hemi;
444 <        AMBSAMP  *div;
445 <        AMBSAMP  dnew;
446 <        double  acol[3];
447 <        AMBSAMP  *dp;
448 <        double  arad;
449 <        int  divcnt;
450 <        int  i, j;
451 <                                        /* initialize hemisphere */
452 <        inithemi(&hemi, rcol, r, wt);
453 <        divcnt = hemi.nt * hemi.np;
454 <                                        /* initialize */
455 <        if (pg != NULL)
456 <                pg[0] = pg[1] = pg[2] = 0.0;
457 <        if (dg != NULL)
458 <                dg[0] = dg[1] = dg[2] = 0.0;
459 <        setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
460 <        if (divcnt == 0)
461 <                return(0.0);
462 <                                        /* allocate super-samples */
463 <        if (hemi.ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
464 <                div = (AMBSAMP *)malloc(divcnt*sizeof(AMBSAMP));
465 <                if (div == NULL)
466 <                        error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
467 <        } else
468 <                div = NULL;
469 <                                        /* sample the divisions */
470 <        arad = 0.0;
388 <        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
389 <        if ((dp = div) == NULL)
390 <                dp = &dnew;
391 <        divcnt = 0;
392 <        for (i = 0; i < hemi.nt; i++)
393 <                for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
394 <                        dp->t = i; dp->p = j;
395 <                        setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
396 <                        dp->r = 0.0;
397 <                        dp->n = 0;
398 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0) {
399 <                                if (div != NULL)
400 <                                        dp++;
401 <                                continue;
402 <                        }
403 <                        arad += dp->r;
404 <                        divcnt++;
405 <                        if (div != NULL)
406 <                                dp++;
407 <                        else
408 <                                addcolor(acol, dp->v);
409 <                }
410 <        if (!divcnt) {
411 <                if (div != NULL)
412 <                        free((void *)div);
413 <                return(0.0);            /* no samples taken */
442 >        grad[0] = -grad[0];
443 >        grad[1] = -grad[1];
444 >        grad[2] = -grad[2];
445 > }
446 >
447 >
448 > /* Add to displacement gradient from the given triangle */
449 > static void
450 > add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
451 > {
452 >        int     i;
453 >
454 >        for (i = 3; i--; )
455 >                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
456 > }
457 >
458 >
459 > /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
460 > static void
461 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
462 > {
463 >        double  hess2[2][2];
464 >        FVECT   a, b;
465 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
466 >        int     i;
467 >                                        /* project Hessian to sample plane */
468 >        for (i = 3; i--; ) {
469 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
470 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
471          }
472 <        if (divcnt < hemi.nt*hemi.np) {
473 <                pg = dg = NULL;         /* incomplete sampling */
474 <                hemi.ns = 0;
475 <        } else if (arad > FTINY && divcnt/arad < minarad) {
476 <                hemi.ns = 0;            /* close enough */
477 <        } else if (hemi.ns > 0) {       /* else perform super-sampling? */
478 <                comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
479 <                qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);    /* sort divs */
480 <                                                /* super-sample */
481 <                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
482 <                        dnew = *div;
483 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0) {
484 <                                dp++;
428 <                                continue;
429 <                        }
430 <                        dp = div;               /* reinsert */
431 <                        j = divcnt < i ? divcnt : i;
432 <                        while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
433 <                                *dp = *(dp+1);
434 <                                dp++;
435 <                        }
436 <                        *dp = dnew;
437 <                }
438 <                if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
439 <                        qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
472 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
473 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
474 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
475 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
476 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
477 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
478 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
479 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
480 >                evalue[1] = evalue[0];
481 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
482 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
483 >                ra[0] = ra[1] = maxarad;
484 >                return;
485          }
486 <                                        /* compute returned values */
487 <        if (div != NULL) {
488 <                arad = 0.0;             /* note: divcnt may be < nt*np */
489 <                for (i = hemi.nt*hemi.np, dp = div; i-- > 0; dp++) {
490 <                        arad += dp->r;
491 <                        if (dp->n > 1) {
492 <                                b = 1.0/dp->n;
493 <                                scalecolor(dp->v, b);
449 <                                dp->r *= b;
450 <                                dp->n = 1;
451 <                        }
452 <                        addcolor(acol, dp->v);
453 <                }
454 <                b = bright(acol);
455 <                if (b > FTINY) {
456 <                        b = 1.0/b;      /* compute & normalize gradient(s) */
457 <                        if (pg != NULL) {
458 <                                posgradient(pg, div, &hemi);
459 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
460 <                                        pg[i] *= b;
461 <                        }
462 <                        if (dg != NULL) {
463 <                                dirgradient(dg, div, &hemi);
464 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
465 <                                        dg[i] *= b;
466 <                        }
467 <                }
468 <                free((void *)div);
486 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
487 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
488 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
489 >                slope1 = evalue[1];
490 >        } else {
491 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
492 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
493 >                slope1 = evalue[0];
494          }
495 <        copycolor(rcol, acol);
496 <        if (arad <= FTINY)
497 <                arad = maxarad;
498 <        else
499 <                arad = (divcnt+hemi.ns)/arad;
500 <        if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
501 <                d = DOT(pg,pg);
502 <                if (d*arad*arad > 1.0)
478 <                        arad = 1.0/sqrt(d);
495 >                                        /* compute unit eigenvectors */
496 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
497 >                return;                 /* uv OK as is */
498 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
499 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
500 >        for (i = 3; i--; ) {
501 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
502 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
503          }
504 <        if (arad < minarad) {
505 <                arad = minarad;
482 <                if (pg != NULL && d*arad*arad > 1.0) {  /* cap gradient */
483 <                        d = 1.0/arad/sqrt(d);
484 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
485 <                                pg[i] *= d;
486 <                }
487 <        }
488 <        if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
489 <                arad = maxarad;
490 <        return(arad);
504 >        VCOPY(uv[0], a);
505 >        VCOPY(uv[1], b);
506   }
507  
508  
509 < void
510 < comperrs(                       /* compute initial error estimates */
511 <        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
512 <        AMBHEMI  *hp
509 > static void
510 > ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
511 >        AMBHEMI *hp,
512 >        FVECT   uv[2],                  /* returned */
513 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
514 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
515   )
516   {
517 <        double  b, b2;
518 <        int  i, j;
519 <        AMBSAMP  *dp;
520 <                                /* sum differences from neighbors */
521 <        dp = da;
522 <        for (i = 0; i < hp->nt; i++)
523 <                for (j = 0; j < hp->np; j++) {
524 < #ifdef  DEBUG
525 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
526 <                                error(CONSISTENCY,
527 <                                        "division order in comperrs");
528 < #endif
529 <                        b = bright(dp[0].v);
530 <                        if (i > 0) {            /* from above */
531 <                                b2 = bright(dp[-hp->np].v) - b;
532 <                                b2 *= b2 * 0.25;
533 <                                dp[0].k += b2;
517 <                                dp[-hp->np].k += b2;
518 <                        }
519 <                        if (j > 0) {            /* from behind */
520 <                                b2 = bright(dp[-1].v) - b;
521 <                                b2 *= b2 * 0.25;
522 <                                dp[0].k += b2;
523 <                                dp[-1].k += b2;
524 <                        } else {                /* around */
525 <                                b2 = bright(dp[hp->np-1].v) - b;
526 <                                b2 *= b2 * 0.25;
527 <                                dp[0].k += b2;
528 <                                dp[hp->np-1].k += b2;
529 <                        }
530 <                        dp++;
531 <                }
532 <                                /* divide by number of neighbors */
533 <        dp = da;
534 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* top row */
535 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
536 <        if (hp->nt < 2)
517 >        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
518 >        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
519 >        FVECT           *gradrow = NULL;
520 >        FVECT           hessian[3];
521 >        FVECT           gradient;
522 >        FFTRI           fftr;
523 >        int             i, j;
524 >                                        /* be sure to assign unit vectors */
525 >        VCOPY(uv[0], hp->ux);
526 >        VCOPY(uv[1], hp->uy);
527 >                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
528 >        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
529 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
530 >                if (hessrow == NULL)
531 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
532 >                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
533 >        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
534                  return;
535 <        for (i = 1; i < hp->nt-1; i++)          /* central region */
536 <                for (j = 0; j < hp->np; j++)
537 <                        (dp++)->k *= 0.25;
538 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* bottom row */
539 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
535 >        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
536 >                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
537 >                if (gradrow == NULL)
538 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
539 >                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
540 >        }
541 >                                        /* compute first row of edges */
542 >        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
543 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
544 >                if (hessrow != NULL)
545 >                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
546 >                if (gradrow != NULL)
547 >                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
548 >        }
549 >                                        /* sum each row of triangles */
550 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
551 >            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
552 >            FVECT       gradcol;
553 >            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
554 >            if (hessrow != NULL)
555 >                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
556 >            if (gradrow != NULL)
557 >                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
558 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
559 >                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
560 >                FVECT   graddia;
561 >                double  backg;
562 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
563 >                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
564 >                                        /* diagonal (inner) edge */
565 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
566 >                if (hessrow != NULL) {
567 >                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
568 >                    rev_hessian(hesscol);
569 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
570 >                }
571 >                if (gradrow != NULL) {
572 >                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
573 >                    rev_gradient(gradcol);
574 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
575 >                }
576 >                                        /* initialize edge in next row */
577 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
578 >                if (hessrow != NULL)
579 >                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
580 >                if (gradrow != NULL)
581 >                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
582 >                                        /* new column edge & paired triangle */
583 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
584 >                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
585 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
586 >                if (hessrow != NULL) {
587 >                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
588 >                    rev_hessian(hessdia);
589 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
590 >                    if (i < hp->ns-2)
591 >                        rev_hessian(hessrow[j]);
592 >                }
593 >                if (gradrow != NULL) {
594 >                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
595 >                    rev_gradient(graddia);
596 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
597 >                    if (i < hp->ns-2)
598 >                        rev_gradient(gradrow[j]);
599 >                }
600 >            }
601 >        }
602 >                                        /* release row buffers */
603 >        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
604 >        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
605 >        
606 >        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
607 >                eigenvectors(uv, ra, hessian);
608 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
609 >                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
610 >                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
611 >        }
612   }
613  
614  
615 < void
616 < posgradient(                                    /* compute position gradient */
617 <        FVECT  gv,
549 <        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
550 <        AMBHEMI  *hp
551 < )
615 > /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
616 > static void
617 > ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
618   {
619 <        int  i, j;
620 <        double  nextsine, lastsine, b, d;
621 <        double  mag0, mag1;
622 <        double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
623 <        AMBSAMP  *dp;
619 >        AMBSAMP *ap;
620 >        double  dgsum[2];
621 >        int     n;
622 >        FVECT   vd;
623 >        double  gfact;
624  
625 <        xd = yd = 0.0;
626 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
627 <                dp = da + j;
628 <                mag0 = mag1 = 0.0;
629 <                lastsine = 0.0;
630 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
631 < #ifdef  DEBUG
632 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
633 <                                error(CONSISTENCY,
568 <                                        "division order in posgradient");
569 < #endif
570 <                        b = bright(dp->v);
571 <                        if (i > 0) {
572 <                                d = dp[-hp->np].r;
573 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
574 <                                                        /* sin(t)*cos(t)^2 */
575 <                                d *= lastsine * (1.0 - (double)i/hp->nt);
576 <                                mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
577 <                        }
578 <                        nextsine = sqrt((double)(i+1)/hp->nt);
579 <                        if (j > 0) {
580 <                                d = dp[-1].r;
581 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
582 <                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
583 <                                                (b - bright(dp[-1].v));
584 <                        } else {
585 <                                d = dp[hp->np-1].r;
586 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
587 <                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
588 <                                                (b - bright(dp[hp->np-1].v));
589 <                        }
590 <                        dp += hp->np;
591 <                        lastsine = nextsine;
592 <                }
593 <                mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
594 <                phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
595 <                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
596 <                xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
597 <                yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
625 >        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
626 >        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
627 >                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
628 >                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
629 >                                        /* brightness over cosine factor */
630 >                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
631 >                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
632 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
633 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
634          }
635 <        for (i = 0; i < 3; i++)
636 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*(hp->nt*hp->np)/PI;
635 >        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
636 >        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
637   }
638  
639  
640 < void
641 < dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
642 <        FVECT  gv,
643 <        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
644 <        AMBHEMI  *hp
640 > /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
641 > static uint32
642 > ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
643 > {
644 >        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
645 >        const double    ang_res = 0.5*PI/hp->ns;
646 >        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + 1.01);
647 >        double          avg_d = 0;
648 >        uint32          flgs = 0;
649 >        FVECT           vec;
650 >        double          u, v;
651 >        double          ang, a1;
652 >        int             i, j;
653 >                                        /* don't bother for a few samples */
654 >        if (hp->ns < 8)
655 >                return(0);
656 >                                        /* check distances overhead */
657 >        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
658 >            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
659 >                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
660 >        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
661 >        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
662 >                return(0);
663 >        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
664 >                return(0);
665 >                                        /* else circle around perimeter */
666 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
667 >            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
668 >                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
669 >                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
670 >                        continue;       /* too far or too near */
671 >                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
672 >                u = DOT(vec, uv[0]);
673 >                v = DOT(vec, uv[1]);
674 >                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
675 >                        continue;       /* occluder outside ellipse */
676 >                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
677 >                for (a1 = ang-ang_res; a1 <= ang+ang_res; a1 += ang_step)
678 >                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
679 >            }
680 >        return(flgs);
681 > }
682 >
683 >
684 > int
685 > doambient(                              /* compute ambient component */
686 >        COLOR   rcol,                   /* input/output color */
687 >        RAY     *r,
688 >        double  wt,
689 >        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
690 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
691 >        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
692 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
693 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
694   )
695   {
696 <        int  i, j;
697 <        double  mag;
698 <        double  phi, xd, yd;
699 <        AMBSAMP  *dp;
696 >        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
697 >        FVECT   my_uv[2];
698 >        double  d, K;
699 >        AMBSAMP *ap;
700 >        int     i;
701 >                                        /* clear return values */
702 >        if (uv != NULL)
703 >                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
704 >        if (ra != NULL)
705 >                ra[0] = ra[1] = 0.0;
706 >        if (pg != NULL)
707 >                pg[0] = pg[1] = 0.0;
708 >        if (dg != NULL)
709 >                dg[0] = dg[1] = 0.0;
710 >        if (crlp != NULL)
711 >                *crlp = 0;
712 >        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
713 >                return(0);
714  
715 <        xd = yd = 0.0;
716 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
717 <                dp = da + j;
718 <                mag = 0.0;
719 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
720 < #ifdef  DEBUG
721 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
722 <                                error(CONSISTENCY,
723 <                                        "division order in dirgradient");
724 < #endif
725 <                                                        /* tan(t) */
726 <                        mag += bright(dp->v)/sqrt(hp->nt/(i+.5) - 1.0);
727 <                        dp += hp->np;
715 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
716 >                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < 6)) {
717 >                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
718 >                return(-1);             /* value-only return value */
719 >        }
720 >        if ((d = bright(rcol)) > FTINY) {       /* normalize Y values */
721 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;
722 >                K = 0.01;
723 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
724 >                K = 1.0;
725 >                pg = NULL;
726 >                dg = NULL;
727 >                crlp = NULL;
728 >        }
729 >        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
730 >        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
731 >                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + K;
732 >
733 >        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
734 >                uv = my_uv;
735 >                                        /* compute radii & pos. gradient */
736 >        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
737 >
738 >        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
739 >                ambdirgrad(hp, uv, dg);
740 >
741 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
742 >                if (pg != NULL) {
743 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
744 >                                ra[0] = 1.0/d;
745 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
746 >                                ra[1] = 1.0/d;
747 >                        if (ra[0] > ra[1])
748 >                                ra[0] = ra[1];
749                  }
750 <                phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
751 <                xd += mag * tcos(phi);
752 <                yd += mag * tsin(phi);
750 >                if (ra[0] < minarad) {
751 >                        ra[0] = minarad;
752 >                        if (ra[1] < minarad)
753 >                                ra[1] = minarad;
754 >                }
755 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(wt);
756 >                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
757 >                        ra[1] = 2.0*ra[0];
758 >                if (ra[1] > maxarad) {
759 >                        ra[1] = maxarad;
760 >                        if (ra[0] > maxarad)
761 >                                ra[0] = maxarad;
762 >                }
763 >                                        /* flag encroached directions */
764 >                if (crlp != NULL)
765 >                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
766 >                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
767 >                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
768 >                        if (d > 1.0) {
769 >                                d = 1.0/sqrt(d);
770 >                                pg[0] *= d;
771 >                                pg[1] *= d;
772 >                        }
773 >                }
774          }
775 <        for (i = 0; i < 3; i++)
776 <                gv[i] = xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i];
775 >        free(hp);                       /* clean up and return */
776 >        return(1);
777   }
778  
638 #endif  /* ! NEWAMB */

Diff Legend

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+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines