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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 1.5 by greg, Thu Jun 13 09:41:17 1991 UTC vs.
Revision 2.101 by greg, Tue Apr 29 23:41:10 2025 UTC

# Line 1 | Line 1
1 /* Copyright (c) 1991 Regents of the University of California */
2
1   #ifndef lint
2 < static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
2 > static const char       RCSid[] = "$Id$";
3   #endif
6
4   /*
5   * Routines to compute "ambient" values using Monte Carlo
6 + *
7 + *  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  "ray.h"
18 > #include "copyright.h"
19  
20 + #include  "ray.h"
21   #include  "ambient.h"
14
22   #include  "random.h"
23  
24 + #ifndef MINADIV
25 + #define MINADIV         7       /* minimum # divisions in each dimension */
26 + #endif
27 + #ifndef MINSDIST
28 + #define MINSDIST        0.25    /* def. min. spacing = 1/4th division */
29 + #endif
30 +
31   typedef struct {
32 <        short  t, p;            /* theta, phi indices */
33 <        COLOR  v;               /* value sum */
34 <        float  r;               /* 1/distance sum */
35 <        float  k;               /* variance for this division */
22 <        int  n;                 /* number of subsamples */
23 < }  AMBSAMP;             /* ambient sample division */
32 >        FVECT   p;              /* intersection point */
33 >        float   d;              /* reciprocal distance */
34 >        SCOLOR  v;              /* hemisphere sample value */
35 > } AMBSAMP;              /* sample value */
36  
37   typedef struct {
38 <        FVECT  ux, uy, uz;      /* x, y and z axis directions */
39 <        short  nt, np;          /* number of theta and phi directions */
38 >        RAY     *rp;            /* originating ray sample */
39 >        int     ns;             /* number of samples per axis */
40 >        int     sampOK;         /* acquired full sample set? */
41 >        int     atyp;           /* RAMBIENT or TAMBIENT */
42 >        SCOLOR  acoef;          /* division contribution coefficient */
43 >        SCOLOR  acol;           /* accumulated color */
44 >        FVECT   onrm;           /* oriented unperturbed surface normal */
45 >        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis unit vectors */
46 >        AMBSAMP sa[1];          /* sample array (extends struct) */
47   }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
48  
49 < extern double  sin(), cos(), sqrt();
49 > #define AI(h,i,j)       ((i)*(h)->ns + (j))
50 > #define ambsam(h,i,j)   (h)->sa[AI(h,i,j)]
51  
52 + typedef struct {
53 +        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rcp, rI2_eJ2;
54 +        double  I1, I2;
55 + } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
56  
57 +
58 + #define XLOTSIZ         512             /* size of used car lot */
59 + #define CFIRST          0               /* first corner */
60 + #define COTHER          (CFIRST+4)      /* non-corner sample */
61 + #define CMAXTARGET      (int)(XLOTSIZ*MINSDIST/(1-MINSDIST))
62 +
63   static int
64 < ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
35 < AMBSAMP  *d1, *d2;
64 > psample_class(double ss[2])             /* classify patch sample */
65   {
66 <        if (d1->k < d2->k)
67 <                return(1);
68 <        if (d1->k > d2->k)
69 <                return(-1);
70 <        return(0);
66 >        if (ss[0] < MINSDIST) {
67 >                if (ss[1] < MINSDIST)
68 >                        return(CFIRST);
69 >                if (ss[1] > 1.-MINSDIST)
70 >                        return(CFIRST+2);
71 >        } else if (ss[0] > 1.-MINSDIST) {
72 >                if (ss[1] < MINSDIST)
73 >                        return(CFIRST+1);
74 >                if (ss[1] > 1.-MINSDIST)
75 >                        return(CFIRST+3);
76 >        }
77 >        return(COTHER);                 /* not in a corner */
78   }
79  
80 + static void
81 + trade_patchsamp(double ss[2])           /* trade in problem patch position */
82 + {
83 +        static float    tradelot[XLOTSIZ][2];
84 +        static short    gterm[COTHER+1];
85 +        double          repl[2];
86 +        int             sclass, rclass;
87 +        int             x;
88 +                                        /* initialize lot? */
89 +        while (gterm[COTHER] < XLOTSIZ) {
90 +                tradelot[gterm[COTHER]][0] = frandom();
91 +                tradelot[gterm[COTHER]][1] = frandom();
92 +                ++gterm[COTHER];
93 +        }
94 +                                        /* get trade-in candidate... */
95 +        sclass = psample_class(ss);     /* submitted corner or not? */
96 +        switch (sclass) {
97 +        case COTHER:                    /* trade mid-edge with corner/any */
98 +                x = irandom( gterm[COTHER-1] > CMAXTARGET
99 +                                ? gterm[COTHER-1] : XLOTSIZ );
100 +                break;
101 +        case CFIRST:                    /* kick out of first corner */
102 +                x = gterm[CFIRST] + irandom(XLOTSIZ - gterm[CFIRST]);
103 +                break;
104 +        default:                        /* kick out of 2nd-4th corner */
105 +                x = irandom(XLOTSIZ - (gterm[sclass] - gterm[sclass-1]));
106 +                x += (x >= gterm[sclass-1])*(gterm[sclass] - gterm[sclass-1]);
107 +                break;
108 +        }
109 +        repl[0] = tradelot[x][0];       /* save selected replacement (result) */
110 +        repl[1] = tradelot[x][1];
111 +                                        /* identify replacement class */
112 +        for (rclass = CFIRST; rclass < COTHER; rclass++)
113 +                if (x < gterm[rclass])
114 +                        break;          /* repark to keep classes grouped */
115 +        while (rclass > sclass) {       /* replacement group after submitted? */
116 +                tradelot[x][0] = tradelot[gterm[rclass-1]][0];
117 +                tradelot[x][1] = tradelot[gterm[rclass-1]][1];
118 +                x = gterm[--rclass]++;
119 +        }
120 +        while (rclass < sclass) {       /* replacement group before submitted? */
121 +                tradelot[x][0] = tradelot[--gterm[rclass]][0];
122 +                tradelot[x][1] = tradelot[gterm[rclass]][1];
123 +                x = gterm[rclass++];
124 +        }
125 +        tradelot[x][0] = ss[0];         /* complete the trade-in */
126 +        tradelot[x][1] = ss[1];
127 +        ss[0] = repl[0];
128 +        ss[1] = repl[1];
129 + }
130  
131 + #undef XLOTSIZ
132 + #undef COTHER
133 + #undef CFIRST
134 +
135 +
136   static int
137 < ambnorm(d1, d2)                         /* standard order */
138 < AMBSAMP  *d1, *d2;
137 > ambcollision(                           /* proposed direction collides? */
138 >        AMBHEMI *hp,
139 >        int     i,
140 >        int     j,
141 >        RREAL   spt[2]
142 > )
143   {
144 <        register int  c;
145 <
146 <        if (c = d1->t - d2->t)
147 <                return(c);
148 <        return(d1->p - d2->p);
144 >        int     ii, jj;
145 >                                        /* check existing neighbors */
146 >        for (ii = i-1; ii <= i+1; ii++) {
147 >                if (ii < 0) continue;
148 >                if (ii >= hp->ns) break;
149 >                for (jj = j-1; jj <= j+1; jj++) {
150 >                        AMBSAMP *ap;
151 >                        FVECT   avec;
152 >                        double  dx, dy;
153 >                        if (jj < 0) continue;
154 >                        if (jj >= hp->ns) break;
155 >                        if ((ii==i) & (jj==j)) continue;
156 >                        ap = &ambsam(hp,ii,jj);
157 >                        if (ap->d <= .5/FHUGE)
158 >                                continue;       /* no one home */
159 >                        VSUB(avec, ap->p, hp->rp->rop);
160 >                        normalize(avec);        /* use diskworld distance */
161 >                        dx = DOT(avec, hp->ux) - spt[0];
162 >                        dy = DOT(avec, hp->uy) - spt[1];
163 >                        if ((dx*dx + dy*dy)*(hp->ns*hp->ns) <
164 >                                        PI*MINSDIST*MINSDIST)
165 >                                return(1);      /* too close */
166 >                }
167 >        }
168 >        return(0);                      /* nothing to worry about */
169   }
170  
171  
172 < divsample(dp, h, r)                     /* sample a division */
173 < register AMBSAMP  *dp;
174 < AMBHEMI  *h;
175 < RAY  *r;
172 > static int
173 > ambsample(                              /* initial ambient division sample */
174 >        AMBHEMI *hp,
175 >        int     i,
176 >        int     j,
177 >        int     n
178 > )
179   {
180 <        RAY  ar;
181 <        int  hlist[4];
182 <        double  xd, yd, zd;
183 <        double  b2;
184 <        double  phi;
185 <        register int  i;
186 <
187 <        if (rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
188 <                return(-1);
189 <        hlist[0] = r->rno;
190 <        hlist[1] = dp->t;
191 <        hlist[2] = dp->p;
192 <        hlist[3] = 0;
193 <        zd = sqrt((dp->t+urand(ilhash(hlist,4)+dp->n))/h->nt);
194 <        hlist[3] = 1;
195 <        phi = 2.0*PI * (dp->p+urand(ilhash(hlist,4)+dp->n))/h->np;
196 <        xd = cos(phi) * zd;
197 <        yd = sin(phi) * zd;
198 <        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
199 <        for (i = 0; i < 3; i++)
200 <                ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
201 <                                yd*h->uy[i] +
202 <                                zd*h->uz[i];
203 <        dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
204 <        rayvalue(&ar);
180 >        int     trade_ok = (!n & (hp->ns >= 4))*21;
181 >        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
182 >        RAY     ar;
183 >        int     hlist[3], ii;
184 >        double  ss[2];
185 >        RREAL   spt[2];
186 >        double  zd;
187 >                                        /* generate hemispherical sample */
188 >                                        /* ambient coefficient for weight */
189 >        if (ambacc > FTINY)
190 >                setscolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
191 >        else
192 >                copyscolor(ar.rcoef, hp->acoef);
193 >        if (rayorigin(&ar, hp->atyp, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
194 >                return(0);
195 >        if (ambacc > FTINY) {
196 >                smultscolor(ar.rcoef, hp->acoef);
197 >                scalescolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
198 >        }
199 >        hlist[0] = hp->rp->rno;
200 >        hlist[1] = AI(hp,i,j);
201 >        hlist[2] = samplendx;
202 >        multisamp(ss, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
203 >        square2disk(spt, (j+ss[1])/hp->ns, (i+ss[0])/hp->ns);
204 >                                        /* avoid coincident samples? */
205 >        while (trade_ok-- && ambcollision(hp, i, j, spt)) {
206 >                if (trade_ok) {
207 >                        trade_patchsamp(ss);
208 >                } else {                /* punting... */
209 >                        ss[0] = MINSDIST + (1-2*MINSDIST)*frandom();
210 >                        ss[1] = MINSDIST + (1-2*MINSDIST)*frandom();
211 >                }
212 >                square2disk(spt, (j+ss[1])/hp->ns, (i+ss[0])/hp->ns);
213 >        }
214 >        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
215 >        for (ii = 3; ii--; )
216 >                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
217 >                                spt[1]*hp->uy[ii] +
218 >                                zd*hp->onrm[ii];
219 >        checknorm(ar.rdir);
220 >        dimlist[ndims++] = AI(hp,i,j) + 90171;
221 >        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
222          ndims--;
223 <        addcolor(dp->v, ar.rcol);
224 <        if (ar.rt < FHUGE)
225 <                dp->r += 1.0/ar.rt;
226 <                                        /* (re)initialize error */
227 <        if (dp->n++) {
228 <                b2 = bright(dp->v)/dp->n - bright(ar.rcol);
229 <                b2 = b2*b2 + dp->k*((dp->n-1)*(dp->n-1));
230 <                dp->k = b2/(dp->n*dp->n);
231 <        } else
232 <                dp->k = 0.0;
233 <        return(0);
223 >        zd = raydistance(&ar);
224 >        if (zd <= FTINY)
225 >                return(0);              /* should never happen */
226 >        smultscolor(ar.rcol, ar.rcoef); /* apply coefficient */
227 >        if (zd*ap->d < 1.0)             /* new/closer distance? */
228 >                ap->d = 1.0/zd;
229 >        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
230 >                if (zd > 10.0*thescene.cusize + 1000.)
231 >                        zd = 10.0*thescene.cusize + 1000.;
232 >                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, zd);
233 >                copyscolor(ap->v, ar.rcol);
234 >        } else {                        /* else update recorded value */
235 >                sopscolor(hp->acol, -=, ap->v);
236 >                zd = 1.0/(double)(n+1);
237 >                scalescolor(ar.rcol, zd);
238 >                zd *= (double)n;
239 >                scalescolor(ap->v, zd);
240 >                saddscolor(ap->v, ar.rcol);
241 >        }
242 >        saddscolor(hp->acol, ap->v);    /* add to our sum */
243 >        return(1);
244   }
245  
246  
247 < double
248 < doambient(acol, r, pg, dg)              /* compute ambient component */
249 < COLOR  acol;
105 < RAY  *r;
106 < FVECT  pg, dg;
247 > /* Estimate variance based on ambient division differences */
248 > static float *
249 > getambdiffs(AMBHEMI *hp)
250   {
251 <        double  b, d;
252 <        AMBHEMI  hemi;
253 <        AMBSAMP  *div;
254 <        AMBSAMP  dnew;
255 <        register AMBSAMP  *dp;
256 <        double  arad;
257 <        int  ndivs, ns;
258 <        register int  i, j;
259 <                                        /* initialize color */
260 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
261 <                                        /* initialize hemisphere */
262 <        inithemi(&hemi, r);
263 <        ndivs = hemi.nt * hemi.np;
264 <        if (ndivs == 0)
265 <                return(0.0);
266 <                                        /* set number of super-samples */
267 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
268 <        if (ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
269 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
270 <                if (div == NULL)
271 <                        error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
129 <        } else
130 <                div = NULL;
131 <                                        /* sample the divisions */
132 <        arad = 0.0;
133 <        if ((dp = div) == NULL)
134 <                dp = &dnew;
135 <        for (i = 0; i < hemi.nt; i++)
136 <                for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
137 <                        dp->t = i; dp->p = j;
138 <                        setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
139 <                        dp->r = 0.0;
140 <                        dp->n = 0;
141 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0)
142 <                                goto oopsy;
143 <                        if (div != NULL)
144 <                                dp++;
145 <                        else {
146 <                                addcolor(acol, dp->v);
147 <                                arad += dp->r;
148 <                        }
251 >        const double    normf = 1./(pbright(hp->acoef) + FTINY);
252 >        float   *earr = (float *)calloc(2*hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
253 >        float   *ep;
254 >        AMBSAMP *ap;
255 >        double  b, b1, d2;
256 >        int     i, j;
257 >
258 >        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
259 >                return(NULL);
260 >                                        /* sum squared neighbor diffs */
261 >        ap = hp->sa;
262 >        ep = earr + hp->ns*hp->ns;      /* original estimates to scratch */
263 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
264 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
265 >                b = pbright(ap[0].v);
266 >                if (i) {                /* from above */
267 >                        b1 = pbright(ap[-hp->ns].v);
268 >                        d2 = b - b1;
269 >                        d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
270 >                        ep[0] += d2;
271 >                        ep[-hp->ns] += d2;
272                  }
273 <        if (ns > 0) {                   /* perform super-sampling */
274 <                comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
275 <                qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);     /* sort divs */
276 <                                                /* super-sample */
277 <                for (i = ns; i > 0; i--) {
278 <                        copystruct(&dnew, div);
279 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
280 <                                goto oopsy;
281 <                                                        /* reinsert */
282 <                        dp = div;
283 <                        j = ndivs < i ? ndivs : i;
284 <                        while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
285 <                                copystruct(dp, dp+1);
286 <                                dp++;
287 <                        }
288 <                        copystruct(dp, &dnew);
289 <                }
290 <                if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
291 <                        qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
273 >                if (!j) continue;
274 >                                        /* from behind */
275 >                b1 = pbright(ap[-1].v);
276 >                d2 = b - b1;
277 >                d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
278 >                ep[0] += d2;
279 >                ep[-1] += d2;
280 >                if (!i) continue;
281 >                                        /* diagonal */
282 >                b1 = pbright(ap[-hp->ns-1].v);
283 >                d2 = b - b1;
284 >                d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
285 >                ep[0] += d2;
286 >                ep[-hp->ns-1] += d2;
287 >            }
288 >                                        /* correct for number of neighbors */
289 >        ep = earr + hp->ns*hp->ns;
290 >        ep[0] *= 6./3.;
291 >        ep[hp->ns-1] *= 6./3.;
292 >        ep[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 6./3.;
293 >        ep[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 6./3.;
294 >        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
295 >                ep[i*hp->ns] *= 6./5.;
296 >                ep[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 6./5.;
297          }
298 <                                        /* compute returned values */
299 <        if (div != NULL) {
300 <                for (i = ndivs, dp = div; i-- > 0; dp++) {
173 <                        arad += dp->r;
174 <                        if (dp->n > 1) {
175 <                                b = 1.0/dp->n;
176 <                                scalecolor(dp->v, b);
177 <                                dp->r *= b;
178 <                                dp->n = 1;
179 <                        }
180 <                        addcolor(acol, dp->v);
181 <                }
182 <                b = bright(acol);
183 <                if (b > FTINY)
184 <                        b = ndivs/b;
185 <                else
186 <                        b = 0.0;
187 <                if (pg != NULL) {
188 <                        posgradient(pg, div, &hemi);
189 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
190 <                                pg[i] *= b;
191 <                }
192 <                if (dg != NULL) {
193 <                        dirgradient(dg, div, &hemi);
194 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
195 <                                dg[i] *= b;
196 <                }
197 <                free((char *)div);
298 >        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
299 >                ep[j] *= 6./5.;
300 >                ep[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 6./5.;
301          }
302 <        b = 1.0/ndivs;
303 <        scalecolor(acol, b);
304 <        if (arad <= FTINY)
305 <                arad = FHUGE;
306 <        else
307 <                arad = (ndivs+ns)/arad;
308 <        if (arad > maxarad)
309 <                arad = maxarad;
310 <        else if (arad < minarad)
311 <                arad = minarad;
312 <        arad /= sqrt(r->rweight);
313 <        return(arad);
211 < oopsy:
212 <        if (div != NULL)
213 <                free((char *)div);
214 <        return(0.0);
302 >                                        /* blur final map to reduce bias */
303 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
304 >            float  *ep2;
305 >            ep = earr + i*hp->ns;
306 >            ep2 = ep + hp->ns*hp->ns;
307 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++, ep++, ep2++) {
308 >                ep[0] += .5*ep2[0] + .125*(ep2[1] + ep2[hp->ns]);
309 >                ep[1] += .125*ep2[0];
310 >                ep[hp->ns] += .125*ep2[0];
311 >            }
312 >        }
313 >        return(earr);
314   }
315  
316  
317 < inithemi(hp, r)                 /* initialize sampling hemisphere */
318 < register AMBHEMI  *hp;
319 < RAY  *r;
317 > /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
318 > static void
319 > ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
320   {
321 <        register int  i;
321 >        float   *earr = getambdiffs(hp);
322 >        double  e2rem = 0;
323 >        float   *ep;
324 >        int     i, j, n, nss;
325 >
326 >        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
327 >                return;
328 >                                        /* accumulate estimated variances */
329 >        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
330 >                e2rem += *--ep;
331 >        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
332 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
333 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++) {
334 >                if (e2rem <= FTINY)
335 >                        goto done;      /* nothing left to do */
336 >                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
337 >                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
338 >                        if (!--cnt) goto done;
339 >                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
340 >        }
341 > done:
342 >        free(earr);
343 > }
344 >
345 >
346 > static AMBHEMI *
347 > samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
348 >        SCOLOR  rcol,
349 >        RAY     *r,
350 >        double  wt
351 > )
352 > {
353 >        int     backside = (wt < 0);
354 >        AMBHEMI *hp;
355 >        double  d;
356 >        int     n, i, j;
357 >                                        /* insignificance check */
358 >        d = sintens(rcol);
359 >        if (d <= FTINY)
360 >                return(NULL);
361                                          /* set number of divisions */
362 <        hp->nt = sqrt(ambdiv * r->rweight * 0.5) + 0.5;
363 <        hp->np = 2 * hp->nt;
364 <                                        /* make axes */
365 <        VCOPY(hp->uz, r->ron);
366 <        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
367 <        for (i = 0; i < 3; i++)
368 <                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
369 <                        break;
370 <        if (i >= 3)
371 <                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
372 <        hp->uy[i] = 1.0;
373 <        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
374 <        normalize(hp->ux);
375 <        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
362 >        if (backside) wt = -wt;
363 >        if (ambacc <= FTINY &&
364 >                        wt > (d *= 0.8*r->rweight/(ambdiv*minweight + 1e-20)))
365 >                wt = d;                 /* avoid ray termination */
366 >        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
367 >        i = 1 + (MINADIV-1)*(ambacc > FTINY);
368 >        if (n < i)                      /* use minimum number of samples? */
369 >                n = i;
370 >                                        /* allocate sampling array */
371 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
372 >        if (hp == NULL)
373 >                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
374 >
375 >        if (backside) {
376 >                hp->atyp = TAMBIENT;
377 >                hp->onrm[0] = -r->ron[0];
378 >                hp->onrm[1] = -r->ron[1];
379 >                hp->onrm[2] = -r->ron[2];
380 >        } else {
381 >                hp->atyp = RAMBIENT;
382 >                VCOPY(hp->onrm, r->ron);
383 >        }
384 >        hp->rp = r;
385 >        hp->ns = n;
386 >        scolorblack(hp->acol);
387 >        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
388 >        hp->sampOK = 0;
389 >                                        /* assign coefficient */
390 >        copyscolor(hp->acoef, rcol);
391 >        d = 1.0/(n*n);
392 >        scalescolor(hp->acoef, d);
393 >                                        /* make tangent plane axes */
394 >        if (!getperpendicular(hp->ux, hp->onrm, 1))
395 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
396 >        VCROSS(hp->uy, hp->onrm, hp->ux);
397 >                                        /* sample divisions */
398 >        for (i = hp->ns; i--; )
399 >            for (j = hp->ns; j--; )
400 >                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
401 >        copyscolor(rcol, hp->acol);
402 >        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
403 >                free(hp);
404 >                return(NULL);
405 >        }
406 >        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
407 >                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
408 >                return(hp);
409 >        }
410 >        if (hp->sampOK <= MINADIV*MINADIV)
411 >                return(hp);             /* don't bother super-sampling */
412 >        n = ambssamp*wt + 0.5;
413 >        if (n >= 4*hp->ns) {            /* perform super-sampling? */
414 >                ambsupersamp(hp, n);
415 >                copyscolor(rcol, hp->acol);
416 >        }
417 >        return(hp);                     /* all is well */
418   }
419  
420  
421 < comperrs(da, hp)                /* compute initial error estimates */
422 < AMBSAMP  *da;           /* assumes standard ordering */
423 < register AMBHEMI  *hp;
421 > /* Return brightness of farthest ambient sample */
422 > static double
423 > back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
424   {
425 <        double  b, b2;
426 <        int  i, j;
427 <        register AMBSAMP  *dp;
428 <                                /* sum differences from neighbors */
429 <        dp = da;
430 <        for (i = 0; i < hp->nt; i++)
431 <                for (j = 0; j < hp->np; j++) {
432 <                        b = bright(dp[0].v);
253 <                        if (i > 0) {            /* from above */
254 <                                b2 = bright(dp[-hp->np].v) - b;
255 <                                b2 *= b2 * 0.25;
256 <                                dp[0].k += b2;
257 <                                dp[-hp->np].k += b2;
258 <                        }
259 <                        if (j > 0) {            /* from behind */
260 <                                b2 = bright(dp[-1].v) - b;
261 <                                b2 *= b2 * 0.25;
262 <                                dp[0].k += b2;
263 <                                dp[-1].k += b2;
264 <                        } else {                /* around */
265 <                                b2 = bright(dp[hp->np-1].v) - b;
266 <                                b2 *= b2 * 0.25;
267 <                                dp[0].k += b2;
268 <                                dp[hp->np-1].k += b2;
269 <                        }
270 <                        dp++;
271 <                }
272 <                                /* divide by number of neighbors */
273 <        dp = da;
274 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* top row */
275 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
276 <        if (hp->nt < 2)
277 <                return;
278 <        for (i = 1; i < hp->nt-1; i++)          /* central region */
279 <                for (j = 0; j < hp->np; j++)
280 <                        (dp++)->k *= 0.25;
281 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* bottom row */
282 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
425 >        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
426 >                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
427 >                        return(hp->sa[n1].v[0]);
428 >                return(hp->sa[n3].v[0]);
429 >        }
430 >        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
431 >                return(hp->sa[n2].v[0]);
432 >        return(hp->sa[n3].v[0]);
433   }
434  
435  
436 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
437 < FVECT  gv;
438 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
289 < AMBHEMI  *hp;
436 > /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
437 > static void
438 > comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
439   {
440 <        register int  i, j;
441 <        double  b, d;
293 <        double  mag0, mag1;
294 <        double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
295 <        register AMBSAMP  *dp;
440 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
441 >        int     ii;
442  
443 <        xd = yd = 0.0;
444 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
445 <                dp = da + j;
446 <                mag0 = mag1 = 0.0;
447 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
448 < #ifdef  DEBUG
449 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
450 <                                error(CONSISTENCY,
451 <                                        "division order in posgradient");
452 < #endif
453 <                        b = bright(dp->v);
454 <                        if (i > 0) {
455 <                                d = dp[-hp->np].r;
456 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
457 <                                d *= 1.0 - sqrt((double)i/hp->nt);
458 <                                mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
459 <                        }
460 <                        if (j > 0) {
461 <                                d = dp[-1].r;
462 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
463 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[-1].v));
464 <                        } else {
465 <                                d = dp[hp->np-1].r;
466 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
467 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[hp->np-1].v));
468 <                        }
469 <                        dp += hp->np;
443 >        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
444 >        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
445 >        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
446 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
447 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
448 >        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
449 >        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
450 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
451 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
452 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
453 >                        sqrt( rdot_cp );
454 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
455 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
456 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
457 >        for (ii = 3; ii--; )
458 >                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
459 > }
460 >
461 >
462 > /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
463 > static void
464 > compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
465 > {
466 >        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
467 >        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
468 >        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
469 >        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
470 >        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
471 >        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
472 > }
473 >
474 >
475 > /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
476 > static void
477 > comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
478 > {
479 >        FVECT   ncp;
480 >        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
481 >        double  d1, d2, d3, d4;
482 >        double  I3, J3, K3;
483 >        int     i, j;
484 >                                        /* compute intermediate coefficients */
485 >        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
486 >        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
487 >        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
488 >        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
489 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
490 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
491 >        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
492 >        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
493 >                                        /* intermediate matrices */
494 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
495 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
496 >        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
497 >        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
498 >        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
499 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
500 >        d2 = -d1*ftp->I2;
501 >        d1 *= 2.0;
502 >        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
503 >            for (j = 3; j--; ) {
504 >                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
505 >                                                2.0*J3*m4[i][j] );
506 >                hess[i][j] += d2*(i==j);
507 >                hess[i][j] *= -1.0/PI;
508 >            }
509 > }
510 >
511 >
512 > /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
513 > static void
514 > rev_hessian(FVECT hess[3])
515 > {
516 >        int     i;
517 >
518 >        for (i = 3; i--; ) {
519 >                hess[i][0] = -hess[i][0];
520 >                hess[i][1] = -hess[i][1];
521 >                hess[i][2] = -hess[i][2];
522 >        }
523 > }
524 >
525 >
526 > /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
527 > static void
528 > add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
529 >                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
530 > {
531 >        int     i, j;
532 >
533 >        for (i = 3; i--; )
534 >            for (j = 3; j--; )
535 >                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
536 > }
537 >
538 >
539 > /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
540 > static void
541 > comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
542 > {
543 >        FVECT   ncp;
544 >        double  f1;
545 >        int     i;
546 >
547 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
548 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
549 >        for (i = 3; i--; )
550 >                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
551 > }
552 >
553 >
554 > /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
555 > static void
556 > rev_gradient(FVECT grad)
557 > {
558 >        grad[0] = -grad[0];
559 >        grad[1] = -grad[1];
560 >        grad[2] = -grad[2];
561 > }
562 >
563 >
564 > /* Add to displacement gradient from the given triangle */
565 > static void
566 > add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
567 > {
568 >        int     i;
569 >
570 >        for (i = 3; i--; )
571 >                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
572 > }
573 >
574 >
575 > /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
576 > static void
577 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
578 > {
579 >        double  hess2[2][2];
580 >        FVECT   a, b;
581 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
582 >        int     i;
583 >                                        /* project Hessian to sample plane */
584 >        for (i = 3; i--; ) {
585 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
586 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
587 >        }
588 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
589 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
590 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
591 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
592 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
593 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
594 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
595 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
596 >                evalue[1] = evalue[0];
597 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
598 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
599 >                ra[0] = ra[1] = maxarad;
600 >                return;
601 >        }
602 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
603 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
604 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
605 >                slope1 = evalue[1];
606 >        } else {
607 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
608 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
609 >                slope1 = evalue[0];
610 >        }
611 >                                        /* compute unit eigenvectors */
612 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
613 >                return;                 /* uv OK as is */
614 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
615 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
616 >        for (i = 3; i--; ) {
617 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
618 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
619 >        }
620 >        VCOPY(uv[0], a);
621 >        VCOPY(uv[1], b);
622 > }
623 >
624 >
625 > static void
626 > ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
627 >        AMBHEMI *hp,
628 >        FVECT   uv[2],                  /* returned */
629 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
630 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
631 > )
632 > {
633 >        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
634 >        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
635 >        FVECT           *gradrow = NULL;
636 >        FVECT           hessian[3];
637 >        FVECT           gradient;
638 >        FFTRI           fftr;
639 >        int             i, j;
640 >                                        /* be sure to assign unit vectors */
641 >        VCOPY(uv[0], hp->ux);
642 >        VCOPY(uv[1], hp->uy);
643 >                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
644 >        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
645 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
646 >                if (hessrow == NULL)
647 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
648 >                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
649 >        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
650 >                return;
651 >        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
652 >                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
653 >                if (gradrow == NULL)
654 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
655 >                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
656 >        }
657 >                                        /* compute first row of edges */
658 >        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
659 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
660 >                if (hessrow != NULL)
661 >                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->onrm);
662 >                if (gradrow != NULL)
663 >                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->onrm);
664 >        }
665 >                                        /* sum each row of triangles */
666 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
667 >            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
668 >            FVECT       gradcol;
669 >            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
670 >            if (hessrow != NULL)
671 >                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->onrm);
672 >            if (gradrow != NULL)
673 >                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->onrm);
674 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
675 >                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
676 >                FVECT   graddia;
677 >                double  backg;
678 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
679 >                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
680 >                                        /* diagonal (inner) edge */
681 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
682 >                if (hessrow != NULL) {
683 >                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->onrm);
684 >                    rev_hessian(hesscol);
685 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
686                  }
687 <                if (hp->nt > 1) {
688 <                        mag0 /= (double)hp->np;
689 <                        mag1 /= (double)hp->nt;
687 >                if (gradrow != NULL) {
688 >                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->onrm);
689 >                    rev_gradient(gradcol);
690 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
691                  }
692 <                phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
693 <                cosp = cos(phi); sinp = sin(phi);
694 <                xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
695 <                yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
692 >                                        /* initialize edge in next row */
693 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
694 >                if (hessrow != NULL)
695 >                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->onrm);
696 >                if (gradrow != NULL)
697 >                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->onrm);
698 >                                        /* new column edge & paired triangle */
699 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
700 >                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
701 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
702 >                if (hessrow != NULL) {
703 >                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->onrm);
704 >                    rev_hessian(hessdia);
705 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
706 >                    if (i < hp->ns-2)
707 >                        rev_hessian(hessrow[j]);
708 >                }
709 >                if (gradrow != NULL) {
710 >                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->onrm);
711 >                    rev_gradient(graddia);
712 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
713 >                    if (i < hp->ns-2)
714 >                        rev_gradient(gradrow[j]);
715 >                }
716 >            }
717          }
718 <        for (i = 0; i < 3; i++)
719 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/PI;
718 >                                        /* release row buffers */
719 >        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
720 >        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
721 >        
722 >        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
723 >                eigenvectors(uv, ra, hessian);
724 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
725 >                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
726 >                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
727 >        }
728   }
729  
730  
731 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
732 < FVECT  gv;
733 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
342 < AMBHEMI  *hp;
731 > /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
732 > static void
733 > ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
734   {
735 <        register int  i, j;
736 <        double  mag;
737 <        double  phi, xd, yd;
738 <        register AMBSAMP  *dp;
735 >        AMBSAMP *ap;
736 >        double  dgsum[2];
737 >        int     n;
738 >        FVECT   vd;
739 >        double  gfact;
740  
741 <        xd = yd = 0.0;
742 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
743 <                dp = da + j;
744 <                mag = 0.0;
745 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
746 < #ifdef  DEBUG
747 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
748 <                                error(CONSISTENCY,
749 <                                        "division order in dirgradient");
750 < #endif
751 <                        mag += sqrt((i+.5)/hp->nt)*bright(dp->v);
752 <                        dp += hp->np;
741 >        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
742 >        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
743 >                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
744 >                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
745 >                                        /* brightness over cosine factor */
746 >                gfact = ap->v[0] / DOT(hp->onrm, vd);
747 >                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
748 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
749 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
750 >        }
751 >        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
752 >        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
753 > }
754 >
755 >
756 > /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
757 > static uint32
758 > ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
759 > {
760 >        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
761 >        const double    ang_res = 0.5*PI/hp->ns;
762 >        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + 1.01);
763 >        double          avg_d = 0;
764 >        uint32          flgs = 0;
765 >        FVECT           vec;
766 >        double          u, v;
767 >        double          ang, a1;
768 >        int             i, j;
769 >                                        /* don't bother for a few samples */
770 >        if (hp->ns < 8)
771 >                return(0);
772 >                                        /* check distances overhead */
773 >        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
774 >            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
775 >                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
776 >        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
777 >        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
778 >                return(0);
779 >        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
780 >                return(0);
781 >                                        /* else circle around perimeter */
782 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
783 >            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
784 >                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
785 >                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
786 >                        continue;       /* too far or too near */
787 >                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
788 >                u = DOT(vec, uv[0]);
789 >                v = DOT(vec, uv[1]);
790 >                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
791 >                        continue;       /* occluder outside ellipse */
792 >                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
793 >                for (a1 = ang-ang_res; a1 <= ang+ang_res; a1 += ang_step)
794 >                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
795 >            }
796 >        return(flgs);
797 > }
798 >
799 >
800 > int
801 > doambient(                              /* compute ambient component */
802 >        SCOLOR  rcol,                   /* input/output color */
803 >        RAY     *r,
804 >        double  wt,                     /* negative for back side */
805 >        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
806 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
807 >        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
808 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
809 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
810 > )
811 > {
812 >        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
813 >        FVECT   my_uv[2];
814 >        double  d, K;
815 >        AMBSAMP *ap;
816 >        int     i;
817 >                                        /* clear return values */
818 >        if (uv != NULL)
819 >                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
820 >        if (ra != NULL)
821 >                ra[0] = ra[1] = 0.0;
822 >        if (pg != NULL)
823 >                pg[0] = pg[1] = 0.0;
824 >        if (dg != NULL)
825 >                dg[0] = dg[1] = 0.0;
826 >        if (crlp != NULL)
827 >                *crlp = 0;
828 >        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
829 >                return(0);
830 >
831 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
832 >                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < MINADIV)) {
833 >                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
834 >                return(-1);             /* value-only return value */
835 >        }
836 >        if ((d = scolor_mean(rcol)) > FTINY) {
837 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;     /* normalize avg. values */
838 >                K = 0.01;
839 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
840 >                K = 1.0;
841 >                pg = NULL;
842 >                dg = NULL;
843 >                crlp = NULL;
844 >        }
845 >        ap = hp->sa;                    /* single channel from here on... */
846 >        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
847 >                ap->v[0] = scolor_mean(ap->v)*d + K;
848 >
849 >        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
850 >                uv = my_uv;
851 >                                        /* compute radii & pos. gradient */
852 >        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
853 >
854 >        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
855 >                ambdirgrad(hp, uv, dg);
856 >
857 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
858 >                if (pg != NULL) {
859 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
860 >                                ra[0] = 1.0/d;
861 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
862 >                                ra[1] = 1.0/d;
863 >                        if (ra[0] > ra[1])
864 >                                ra[0] = ra[1];
865                  }
866 <                phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
867 <                xd += mag * cos(phi);
868 <                yd += mag * sin(phi);
866 >                if (ra[0] < minarad) {
867 >                        ra[0] = minarad;
868 >                        if (ra[1] < minarad)
869 >                                ra[1] = minarad;
870 >                }
871 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(fabs(wt));
872 >                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
873 >                        ra[1] = 2.0*ra[0];
874 >                if (ra[1] > maxarad) {
875 >                        ra[1] = maxarad;
876 >                        if (ra[0] > maxarad)
877 >                                ra[0] = maxarad;
878 >                }
879 >                                        /* flag encroached directions */
880 >                if (crlp != NULL)       /* XXX doesn't update with changes to ambacc */
881 >                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
882 >                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
883 >                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
884 >                        if (d > 1.0) {
885 >                                d = 1.0/sqrt(d);
886 >                                pg[0] *= d;
887 >                                pg[1] *= d;
888 >                        }
889 >                }
890          }
891 <        for (i = 0; i < 3; i++)
892 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*PI/(hp->nt*hp->np);
891 >        free(hp);                       /* clean up and return */
892 >        return(1);
893   }

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