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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 1.6 by greg, Thu Jun 13 10:54:00 1991 UTC vs.
Revision 2.29 by greg, Wed Apr 23 06:04:17 2014 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 + *  Declarations of external symbols in ambient.h
12   */
13  
14 < #include  "ray.h"
14 > #include "copyright.h"
15  
16 + #include  "ray.h"
17   #include  "ambient.h"
14 –
18   #include  "random.h"
19  
20 < typedef struct {
18 <        short  t, p;            /* theta, phi indices */
19 <        COLOR  v;               /* value sum */
20 <        float  r;               /* 1/distance sum */
21 <        float  k;               /* variance for this division */
22 <        int  n;                 /* number of subsamples */
23 < }  AMBSAMP;             /* ambient sample division */
20 > #ifdef NEWAMB
21  
22 + extern void             SDsquare2disk(double ds[2], double seedx, double seedy);
23 +
24   typedef struct {
25 <        FVECT  ux, uy, uz;      /* x, y and z axis directions */
26 <        short  nt, np;          /* number of theta and phi directions */
25 >        RAY     *rp;            /* originating ray sample */
26 >        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis unit vectors */
27 >        int     ns;             /* number of samples per axis */
28 >        COLOR   acoef;          /* division contribution coefficient */
29 >        struct s_ambsamp {
30 >                COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
31 >                float   p[3];           /* intersection point */
32 >        } sa[1];                /* sample array (extends struct) */
33   }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
34  
35 < extern double  sin(), cos(), sqrt();
35 > #define ambsamp(h,i,j)  (h)->sa[(i)*(h)->ns + (j)]
36  
37 + typedef struct {
38 +        FVECT   r_i, r_i1, e_i;
39 +        double  nf, I1, I2, J2;
40 + } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
41  
42 < static int
43 < ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
44 < AMBSAMP  *d1, *d2;
42 >
43 > static AMBHEMI *
44 > inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
45 >        COLOR   ac,
46 >        RAY     *r,
47 >        double  wt
48 > )
49   {
50 <        if (d1->k < d2->k)
51 <                return(1);
52 <        if (d1->k > d2->k)
53 <                return(-1);
54 <        return(0);
50 >        AMBHEMI *hp;
51 >        double  d;
52 >        int     n, i;
53 >                                        /* set number of divisions */
54 >        if (ambacc <= FTINY &&
55 >                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
56 >                wt = d;                 /* avoid ray termination */
57 >        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
58 >        i = 1 + 5*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
59 >        if (n < i)
60 >                n = i;
61 >                                        /* allocate sampling array */
62 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) +
63 >                                sizeof(struct s_ambsamp)*(n*n - 1));
64 >        if (hp == NULL)
65 >                return(NULL);
66 >        hp->rp = r;
67 >        hp->ns = n;
68 >                                        /* assign coefficient */
69 >        copycolor(hp->acoef, ac);
70 >        d = 1.0/(n*n);
71 >        scalecolor(hp->acoef, d);
72 >                                        /* make tangent plane axes */
73 >        hp->uy[0] = 0.1 - 0.2*frandom();
74 >        hp->uy[1] = 0.1 - 0.2*frandom();
75 >        hp->uy[2] = 0.1 - 0.2*frandom();
76 >        for (i = 0; i < 3; i++)
77 >                if (r->ron[i] < 0.6 && r->ron[i] > -0.6)
78 >                        break;
79 >        if (i >= 3)
80 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi()");
81 >        hp->uy[i] = 1.0;
82 >        VCROSS(hp->ux, hp->uy, r->ron);
83 >        normalize(hp->ux);
84 >        VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
85 >                                        /* we're ready to sample */
86 >        return(hp);
87   }
88  
89  
90 + static struct s_ambsamp *
91 + ambsample(                              /* sample an ambient direction */
92 +        AMBHEMI *hp,
93 +        int     i,
94 +        int     j
95 + )
96 + {
97 +        struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
98 +        RAY                     ar;
99 +        double                  spt[2], zd;
100 +        int                     ii;
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.);
108 +                VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
109 +                return(NULL);           /* no sample taken */
110 +        }
111 +        if (ambacc > FTINY) {
112 +                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
113 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
114 +        }
115 +                                        /* generate hemispherical sample */
116 +        SDsquare2disk(spt,      (i+.1+.8*frandom())/hp->ns,
117 +                                (j+.1+.8*frandom())/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;
125 +        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
126 +        ndims--;
127 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
128 +        copycolor(ap->v, ar.rcol);
129 +        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
130 +                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, 20.0*maxarad);
131 +        else
132 +                VCOPY(ap->p, ar.rop);
133 +        return(ap);
134 + }
135 +
136 +
137 + /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
138 + static void
139 + comp_fftri(FFTRI *ftp, float ap0[3], float ap1[3], FVECT rop)
140 + {
141 +        FVECT   v1;
142 +        double  dot_e, dot_er, dot_r, dot_r1;
143 +
144 +        VSUB(ftp->r_i, ap0, rop);
145 +        VSUB(ftp->r_i1, ap1, rop);
146 +        VSUB(ftp->e_i, ap1, ap0);
147 +        VCROSS(v1, ftp->e_i, ftp->r_i);
148 +        ftp->nf = 1.0/DOT(v1,v1);
149 +        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
150 +        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
151 +        dot_r = DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
152 +        dot_r1 = DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
153 +        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) / sqrt(dot_r*dot_r1) ) *
154 +                        sqrt( ftp->nf );
155 +        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)/dot_r1 - dot_er/dot_r +
156 +                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*ftp->nf;
157 +        ftp->J2 =  0.5/dot_e*( 1.0/dot_r - 1.0/dot_r1 ) -
158 +                        dot_er/dot_e*ftp->I2;
159 + }
160 +
161 +
162 + /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
163 + static void
164 + compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
165 + {
166 +        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
167 +        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
168 +        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
169 +        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
170 +        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
171 +        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
172 + }
173 +
174 +
175 + /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
176 + static void
177 + comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
178 + {
179 +        FVECT   v1, v2;
180 +        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
181 +        double  d1, d2, d3, d4;
182 +        double  I3, J3, K3;
183 +        int     i, j;
184 +                                        /* compute intermediate coefficients */
185 +        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
186 +        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
187 +        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
188 +        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
189 +        I3 = 0.25*ftp->nf*( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 +
190 +                                3.0/d3*ftp->I2 );
191 +        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
192 +        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
193 +                                        /* intermediate matrices */
194 +        VCROSS(v1, nrm, ftp->e_i);
195 +        for (j = 3; j--; )
196 +                v2[j] = ftp->I2*ftp->r_i[j] + ftp->J2*ftp->e_i[j];
197 +        compose_matrix(m1, v1, v2);
198 +        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
199 +        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
200 +        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
201 +        VCROSS(v1, ftp->r_i, ftp->e_i);
202 +        d1 = DOT(nrm, v1);
203 +        d2 = -d1*ftp->I2;
204 +        d1 *= 2.0;
205 +        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
206 +            for (j = 3; j--; ) {
207 +                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
208 +                                                2.0*J3*m4[i][j] );
209 +                hess[i][j] += d2*(i==j);
210 +                hess[i][j] *= -1.0/PI;
211 +            }
212 + }
213 +
214 +
215 + /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
216 + static void
217 + rev_hessian(FVECT hess[3])
218 + {
219 +        int     i;
220 +
221 +        for (i = 3; i--; ) {
222 +                hess[i][0] = -hess[i][0];
223 +                hess[i][1] = -hess[i][1];
224 +                hess[i][2] = -hess[i][2];
225 +        }
226 + }
227 +
228 +
229 + /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
230 + static void
231 + add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
232 +                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], COLORV v)
233 + {
234 +        int     i, j;
235 +
236 +        for (i = 3; i--; )
237 +            for (j = 3; j--; )
238 +                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
239 + }
240 +
241 +
242 + /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
243 + static void
244 + comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
245 + {
246 +        FVECT   vcp;
247 +        double  f1;
248 +        int     i;
249 +
250 +        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
251 +        f1 = 2.0*DOT(nrm, vcp);
252 +        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
253 +        for (i = 3; i--; )
254 +                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*vcp[i] +
255 +                            f1*(ftp->I2*ftp->r_i[i] + ftp->J2*ftp->e_i[i]) );
256 + }
257 +
258 +
259 + /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
260 + static void
261 + rev_gradient(FVECT grad)
262 + {
263 +        grad[0] = -grad[0];
264 +        grad[1] = -grad[1];
265 +        grad[2] = -grad[2];
266 + }
267 +
268 +
269 + /* Add to displacement gradient from the given triangle */
270 + static void
271 + add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, COLORV v)
272 + {
273 +        int     i;
274 +
275 +        for (i = 3; i--; )
276 +                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
277 + }
278 +
279 +
280 + /* Return brightness of furthest ambient sample */
281 + static COLORV
282 + back_ambval(struct s_ambsamp *ap1, struct s_ambsamp *ap2,
283 +                struct s_ambsamp *ap3, FVECT orig)
284 + {
285 +        COLORV  vback;
286 +        FVECT   vec;
287 +        double  d2, d2best;
288 +
289 +        VSUB(vec, ap1->p, orig);
290 +        d2best = DOT(vec,vec);
291 +        vback = colval(ap1->v,CIEY);
292 +        VSUB(vec, ap2->p, orig);
293 +        d2 = DOT(vec,vec);
294 +        if (d2 > d2best) {
295 +                d2best = d2;
296 +                vback = colval(ap2->v,CIEY);
297 +        }
298 +        VSUB(vec, ap3->p, orig);
299 +        d2 = DOT(vec,vec);
300 +        if (d2 > d2best)
301 +                return(colval(ap3->v,CIEY));
302 +        return(vback);
303 + }
304 +
305 +
306 + /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
307   static int
308 < ambnorm(d1, d2)                         /* standard order */
47 < AMBSAMP  *d1, *d2;
308 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
309   {
310 <        register int  c;
310 >        double  hess2[2][2];
311 >        FVECT   a, b;
312 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
313 >        int     i;
314 >                                        /* project Hessian to sample plane */
315 >        for (i = 3; i--; ) {
316 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
317 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
318 >        }
319 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
320 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
321 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
322 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
323 >                                        /* compute eigenvalues */
324 >        if ( quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
325 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]) != 2 ||
326 >                        (evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY ||
327 >                        (evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY )
328 >                error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
329  
330 <        if (c = d1->t - d2->t)
331 <                return(c);
332 <        return(d1->p - d2->p);
330 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
331 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
332 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
333 >                slope1 = evalue[1];
334 >        } else {
335 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
336 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
337 >                slope1 = evalue[0];
338 >        }
339 >                                        /* compute unit eigenvectors */
340 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
341 >                return;                 /* uv OK as is */
342 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
343 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
344 >        for (i = 3; i--; ) {
345 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
346 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
347 >        }
348 >        VCOPY(uv[0], a);
349 >        VCOPY(uv[1], b);
350   }
351  
352  
353 < divsample(dp, h, r)                     /* sample a division */
354 < register AMBSAMP  *dp;
355 < AMBHEMI  *h;
356 < RAY  *r;
353 > static void
354 > ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
355 >        AMBHEMI *hp,
356 >        FVECT   uv[2],                  /* returned */
357 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
358 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
359 > )
360   {
361 +        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
362 +        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
363 +        FVECT           *gradrow = NULL;
364 +        FVECT           hessian[3];
365 +        FVECT           gradient;
366 +        FFTRI           fftr;
367 +        int             i, j;
368 +                                        /* be sure to assign unit vectors */
369 +        VCOPY(uv[0], hp->ux);
370 +        VCOPY(uv[1], hp->uy);
371 +                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
372 +        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
373 +                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
374 +                if (hessrow == NULL)
375 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
376 +                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
377 +        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
378 +                return;
379 +        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
380 +                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
381 +                if (gradrow == NULL)
382 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
383 +                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
384 +        }
385 +                                        /* compute first row of edges */
386 +        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
387 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,0,j).p,
388 +                                ambsamp(hp,0,j+1).p, hp->rp->rop);
389 +                if (hessrow != NULL)
390 +                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
391 +                if (gradrow != NULL)
392 +                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
393 +        }
394 +                                        /* sum each row of triangles */
395 +        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
396 +            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
397 +            FVECT       gradcol;
398 +            comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,0).p,
399 +                        ambsamp(hp,i+1,0).p, hp->rp->rop);
400 +            if (hessrow != NULL)
401 +                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
402 +            if (gradrow != NULL)
403 +                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
404 +            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
405 +                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
406 +                FVECT   graddia;
407 +                COLORV  backg;
408 +                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j), &ambsamp(hp,i,j+1),
409 +                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
410 +                                        /* diagonal (inner) edge */
411 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p,
412 +                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
413 +                if (hessrow != NULL) {
414 +                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
415 +                    rev_hessian(hesscol);
416 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
417 +                }
418 +                if (gradient != NULL) {
419 +                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
420 +                    rev_gradient(gradcol);
421 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
422 +                }
423 +                                        /* initialize edge in next row */
424 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
425 +                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
426 +                if (hessrow != NULL)
427 +                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
428 +                if (gradrow != NULL)
429 +                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
430 +                                        /* new column edge & paired triangle */
431 +                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j+1), &ambsamp(hp,i+1,j+1),
432 +                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
433 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
434 +                                hp->rp->rop);
435 +                if (hessrow != NULL) {
436 +                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
437 +                    rev_hessian(hessdia);
438 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
439 +                    if (i < hp->ns-2)
440 +                        rev_hessian(hessrow[j]);
441 +                }
442 +                if (gradrow != NULL) {
443 +                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
444 +                    rev_gradient(graddia);
445 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
446 +                    if (i < hp->ns-2)
447 +                        rev_gradient(gradrow[j]);
448 +                }
449 +            }
450 +        }
451 +                                        /* release row buffers */
452 +        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
453 +        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
454 +        
455 +        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
456 +                eigenvectors(uv, ra, hessian);
457 +        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient/PI */
458 +                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]) / PI;
459 +                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]) / PI;
460 +        }
461 + }
462 +
463 +
464 + /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
465 + static void
466 + ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
467 + {
468 +        struct s_ambsamp        *ap;
469 +        double                  dgsum[2];
470 +        int                     n;
471 +        FVECT                   vd;
472 +        double                  gfact;
473 +
474 +        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
475 +        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
476 +                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
477 +                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
478 +                                        /* brightness over cosine factor */
479 +                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
480 +                                        /* -sine = -proj_radius/vd_length */
481 +                dgsum[0] += DOT(uv[1], vd) * gfact;
482 +                dgsum[1] -= DOT(uv[0], vd) * gfact;
483 +        }
484 +        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
485 +        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
486 + }
487 +
488 +
489 + int
490 + doambient(                              /* compute ambient component */
491 +        COLOR   rcol,                   /* input/output color */
492 +        RAY     *r,
493 +        double  wt,
494 +        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
495 +        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
496 +        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
497 +        float   dg[2]                   /* returned (optional) */
498 + )
499 + {
500 +        AMBHEMI                 *hp = inithemi(rcol, r, wt);
501 +        int                     cnt = 0;
502 +        FVECT                   my_uv[2];
503 +        double                  d, acol[3];
504 +        struct s_ambsamp        *ap;
505 +        int                     i, j;
506 +                                        /* check/initialize */
507 +        if (hp == NULL)
508 +                return(0);
509 +        if (uv != NULL)
510 +                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
511 +        if (ra != NULL)
512 +                ra[0] = ra[1] = 0.0;
513 +        if (pg != NULL)
514 +                pg[0] = pg[1] = 0.0;
515 +        if (dg != NULL)
516 +                dg[0] = dg[1] = 0.0;
517 +                                        /* sample the hemisphere */
518 +        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
519 +        for (i = hp->ns; i--; )
520 +                for (j = hp->ns; j--; )
521 +                        if ((ap = ambsample(hp, i, j)) != NULL) {
522 +                                addcolor(acol, ap->v);
523 +                                ++cnt;
524 +                        }
525 +        if (!cnt) {
526 +                setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
527 +                free(hp);
528 +                return(0);              /* no valid samples */
529 +        }
530 +        copycolor(rcol, acol);          /* final indirect irradiance/PI */
531 +        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
532 +                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
533 +                free(hp);
534 +                return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
535 +        }
536 +        multcolor(acol, hp->acoef);     /* normalize Y values */
537 +        if ((d = bright(acol)) > FTINY)
538 +                d = 1.0/d;
539 +        else
540 +                d = 0.0;
541 +        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
542 +        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
543 +                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + 0.0314;
544 +
545 +        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
546 +                uv = my_uv;
547 +                                        /* compute radii & pos. gradient */
548 +        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
549 +
550 +        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
551 +                ambdirgrad(hp, uv, dg);
552 +
553 +        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
554 +                if (ra[0] < minarad) {
555 +                        ra[0] = minarad;
556 +                        if (ra[1] < minarad)
557 +                                ra[1] = minarad;
558 +                }
559 +                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(sqrt(wt));
560 +                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
561 +                        ra[1] = 2.0*ra[0];
562 +                if (ra[1] > maxarad) {
563 +                        ra[1] = maxarad;
564 +                        if (ra[0] > maxarad)
565 +                                ra[0] = maxarad;
566 +                }
567 +        }
568 +        free(hp);                       /* clean up and return */
569 +        return(1);
570 + }
571 +
572 +
573 + #else /* ! NEWAMB */
574 +
575 +
576 + void
577 + inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
578 +        AMBHEMI  *hp,
579 +        COLOR ac,
580 +        RAY  *r,
581 +        double  wt
582 + )
583 + {
584 +        double  d;
585 +        int  i;
586 +                                        /* set number of divisions */
587 +        if (ambacc <= FTINY &&
588 +                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
589 +                wt = d;                 /* avoid ray termination */
590 +        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
591 +        i = ambacc > FTINY ? 3 : 1;     /* minimum number of samples */
592 +        if (hp->nt < i)
593 +                hp->nt = i;
594 +        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
595 +                                        /* set number of super-samples */
596 +        hp->ns = ambssamp * wt + 0.5;
597 +                                        /* assign coefficient */
598 +        copycolor(hp->acoef, ac);
599 +        d = 1.0/(hp->nt*hp->np);
600 +        scalecolor(hp->acoef, d);
601 +                                        /* make axes */
602 +        VCOPY(hp->uz, r->ron);
603 +        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
604 +        for (i = 0; i < 3; i++)
605 +                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
606 +                        break;
607 +        if (i >= 3)
608 +                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
609 +        hp->uy[i] = 1.0;
610 +        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
611 +        normalize(hp->ux);
612 +        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
613 + }
614 +
615 +
616 + int
617 + divsample(                              /* sample a division */
618 +        AMBSAMP  *dp,
619 +        AMBHEMI  *h,
620 +        RAY  *r
621 + )
622 + {
623          RAY  ar;
624 <        int  hlist[4];
624 >        int  hlist[3];
625 >        double  spt[2];
626          double  xd, yd, zd;
627          double  b2;
628          double  phi;
629 <        register int  i;
630 <
631 <        if (rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
629 >        int  i;
630 >                                        /* ambient coefficient for weight */
631 >        if (ambacc > FTINY)
632 >                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
633 >        else
634 >                copycolor(ar.rcoef, h->acoef);
635 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, r, ar.rcoef) < 0)
636                  return(-1);
637 +        if (ambacc > FTINY) {
638 +                multcolor(ar.rcoef, h->acoef);
639 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
640 +        }
641          hlist[0] = r->rno;
642          hlist[1] = dp->t;
643          hlist[2] = dp->p;
644 <        hlist[3] = 0;
645 <        zd = sqrt((dp->t+urand(ilhash(hlist,4)+dp->n))/h->nt);
646 <        hlist[3] = 1;
647 <        phi = 2.0*PI * (dp->p+urand(ilhash(hlist,4)+dp->n))/h->np;
648 <        xd = cos(phi) * zd;
79 <        yd = sin(phi) * zd;
644 >        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n));
645 >        zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
646 >        phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
647 >        xd = tcos(phi) * zd;
648 >        yd = tsin(phi) * zd;
649          zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
650          for (i = 0; i < 3; i++)
651                  ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
652                                  yd*h->uy[i] +
653                                  zd*h->uz[i];
654 +        checknorm(ar.rdir);
655          dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
656          rayvalue(&ar);
657          ndims--;
658 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
659          addcolor(dp->v, ar.rcol);
660 <        if (ar.rt < FHUGE)
660 >                                        /* use rt to improve gradient calc */
661 >        if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
662                  dp->r += 1.0/ar.rt;
663                                          /* (re)initialize error */
664          if (dp->n++) {
# Line 99 | Line 671 | RAY  *r;
671   }
672  
673  
674 + static int
675 + ambcmp(                                 /* decreasing order */
676 +        const void *p1,
677 +        const void *p2
678 + )
679 + {
680 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
681 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
682 +
683 +        if (d1->k < d2->k)
684 +                return(1);
685 +        if (d1->k > d2->k)
686 +                return(-1);
687 +        return(0);
688 + }
689 +
690 +
691 + static int
692 + ambnorm(                                /* standard order */
693 +        const void *p1,
694 +        const void *p2
695 + )
696 + {
697 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
698 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
699 +        int     c;
700 +
701 +        if ( (c = d1->t - d2->t) )
702 +                return(c);
703 +        return(d1->p - d2->p);
704 + }
705 +
706 +
707   double
708 < doambient(acol, r, pg, dg)              /* compute ambient component */
709 < COLOR  acol;
710 < RAY  *r;
711 < FVECT  pg, dg;
708 > doambient(                              /* compute ambient component */
709 >        COLOR  rcol,
710 >        RAY  *r,
711 >        double  wt,
712 >        FVECT  pg,
713 >        FVECT  dg
714 > )
715   {
716 <        double  b, d;
716 >        double  b, d=0;
717          AMBHEMI  hemi;
718          AMBSAMP  *div;
719          AMBSAMP  dnew;
720 <        register AMBSAMP  *dp;
720 >        double  acol[3];
721 >        AMBSAMP  *dp;
722          double  arad;
723 <        int  ndivs, ns;
724 <        register int  i, j;
116 <                                        /* initialize color */
117 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
723 >        int  divcnt;
724 >        int  i, j;
725                                          /* initialize hemisphere */
726 <        inithemi(&hemi, r);
727 <        ndivs = hemi.nt * hemi.np;
728 <        if (ndivs == 0)
726 >        inithemi(&hemi, rcol, r, wt);
727 >        divcnt = hemi.nt * hemi.np;
728 >                                        /* initialize */
729 >        if (pg != NULL)
730 >                pg[0] = pg[1] = pg[2] = 0.0;
731 >        if (dg != NULL)
732 >                dg[0] = dg[1] = dg[2] = 0.0;
733 >        setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
734 >        if (divcnt == 0)
735                  return(0.0);
736 <                                        /* set number of super-samples */
737 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
738 <        if (ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
126 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
736 >                                        /* allocate super-samples */
737 >        if (hemi.ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
738 >                div = (AMBSAMP *)malloc(divcnt*sizeof(AMBSAMP));
739                  if (div == NULL)
740                          error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
741          } else
742                  div = NULL;
743                                          /* sample the divisions */
744          arad = 0.0;
745 +        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
746          if ((dp = div) == NULL)
747                  dp = &dnew;
748 +        divcnt = 0;
749          for (i = 0; i < hemi.nt; i++)
750                  for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
751                          dp->t = i; dp->p = j;
752                          setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
753                          dp->r = 0.0;
754                          dp->n = 0;
755 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0)
756 <                                goto oopsy;
755 >                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0) {
756 >                                if (div != NULL)
757 >                                        dp++;
758 >                                continue;
759 >                        }
760 >                        arad += dp->r;
761 >                        divcnt++;
762                          if (div != NULL)
763                                  dp++;
764 <                        else {
764 >                        else
765                                  addcolor(acol, dp->v);
147 –                                arad += dp->r;
148 –                        }
766                  }
767 <        if (ns > 0) {                   /* perform super-sampling */
767 >        if (!divcnt) {
768 >                if (div != NULL)
769 >                        free((void *)div);
770 >                return(0.0);            /* no samples taken */
771 >        }
772 >        if (divcnt < hemi.nt*hemi.np) {
773 >                pg = dg = NULL;         /* incomplete sampling */
774 >                hemi.ns = 0;
775 >        } else if (arad > FTINY && divcnt/arad < minarad) {
776 >                hemi.ns = 0;            /* close enough */
777 >        } else if (hemi.ns > 0) {       /* else perform super-sampling? */
778                  comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
779 <                qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);     /* sort divs */
779 >                qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);    /* sort divs */
780                                                  /* super-sample */
781 <                for (i = ns; i > 0; i--) {
782 <                        copystruct(&dnew, div);
783 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
784 <                                goto oopsy;
785 <                                                        /* reinsert */
786 <                        dp = div;
787 <                        j = ndivs < i ? ndivs : i;
781 >                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
782 >                        dnew = *div;
783 >                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0) {
784 >                                dp++;
785 >                                continue;
786 >                        }
787 >                        dp = div;               /* reinsert */
788 >                        j = divcnt < i ? divcnt : i;
789                          while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
790 <                                copystruct(dp, dp+1);
790 >                                *dp = *(dp+1);
791                                  dp++;
792                          }
793 <                        copystruct(dp, &dnew);
793 >                        *dp = dnew;
794                  }
795                  if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
796 <                        qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
796 >                        qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
797          }
798                                          /* compute returned values */
799          if (div != NULL) {
800 <                for (i = ndivs, dp = div; i-- > 0; dp++) {
800 >                arad = 0.0;             /* note: divcnt may be < nt*np */
801 >                for (i = hemi.nt*hemi.np, dp = div; i-- > 0; dp++) {
802                          arad += dp->r;
803                          if (dp->n > 1) {
804                                  b = 1.0/dp->n;
# Line 181 | Line 810 | FVECT  pg, dg;
810                  }
811                  b = bright(acol);
812                  if (b > FTINY) {
813 <                        b = ndivs/b;
813 >                        b = 1.0/b;      /* compute & normalize gradient(s) */
814                          if (pg != NULL) {
815                                  posgradient(pg, div, &hemi);
816                                  for (i = 0; i < 3; i++)
# Line 192 | Line 821 | FVECT  pg, dg;
821                                  for (i = 0; i < 3; i++)
822                                          dg[i] *= b;
823                          }
195 –                } else {
196 –                        if (pg != NULL)
197 –                                for (i = 0; i < 3; i++)
198 –                                        pg[i] = 0.0;
199 –                        if (dg != NULL)
200 –                                for (i = 0; i < 3; i++)
201 –                                        dg[i] = 0.0;
824                  }
825 <                free((char *)div);
825 >                free((void *)div);
826          }
827 <        b = 1.0/ndivs;
206 <        scalecolor(acol, b);
827 >        copycolor(rcol, acol);
828          if (arad <= FTINY)
208 –                arad = FHUGE;
209 –        else
210 –                arad = (ndivs+ns)/arad;
211 –        if (arad > maxarad)
829                  arad = maxarad;
830 <        else if (arad < minarad)
830 >        else
831 >                arad = (divcnt+hemi.ns)/arad;
832 >        if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
833 >                d = DOT(pg,pg);
834 >                if (d*arad*arad > 1.0)
835 >                        arad = 1.0/sqrt(d);
836 >        }
837 >        if (arad < minarad) {
838                  arad = minarad;
839 <        arad /= sqrt(r->rweight);
839 >                if (pg != NULL && d*arad*arad > 1.0) {  /* cap gradient */
840 >                        d = 1.0/arad/sqrt(d);
841 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
842 >                                pg[i] *= d;
843 >                }
844 >        }
845 >        if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
846 >                arad = maxarad;
847          return(arad);
217 – oopsy:
218 –        if (div != NULL)
219 –                free((char *)div);
220 –        return(0.0);
848   }
849  
850  
851 < inithemi(hp, r)                 /* initialize sampling hemisphere */
852 < register AMBHEMI  *hp;
853 < RAY  *r;
851 > void
852 > comperrs(                       /* compute initial error estimates */
853 >        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
854 >        AMBHEMI  *hp
855 > )
856   {
228 –        register int  i;
229 –                                        /* set number of divisions */
230 –        hp->nt = sqrt(ambdiv * r->rweight * 0.5) + 0.5;
231 –        hp->np = 2 * hp->nt;
232 –                                        /* make axes */
233 –        VCOPY(hp->uz, r->ron);
234 –        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
235 –        for (i = 0; i < 3; i++)
236 –                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
237 –                        break;
238 –        if (i >= 3)
239 –                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
240 –        hp->uy[i] = 1.0;
241 –        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
242 –        normalize(hp->ux);
243 –        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
244 – }
245 –
246 –
247 – comperrs(da, hp)                /* compute initial error estimates */
248 – AMBSAMP  *da;           /* assumes standard ordering */
249 – register AMBHEMI  *hp;
250 – {
857          double  b, b2;
858          int  i, j;
859 <        register AMBSAMP  *dp;
859 >        AMBSAMP  *dp;
860                                  /* sum differences from neighbors */
861          dp = da;
862          for (i = 0; i < hp->nt; i++)
# Line 294 | Line 900 | register AMBHEMI  *hp;
900   }
901  
902  
903 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
904 < FVECT  gv;
905 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
906 < AMBHEMI  *hp;
903 > void
904 > posgradient(                                    /* compute position gradient */
905 >        FVECT  gv,
906 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
907 >        AMBHEMI  *hp
908 > )
909   {
910 <        register int  i, j;
911 <        double  b, d;
910 >        int  i, j;
911 >        double  nextsine, lastsine, b, d;
912          double  mag0, mag1;
913          double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
914 <        register AMBSAMP  *dp;
914 >        AMBSAMP  *dp;
915  
916          xd = yd = 0.0;
917          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
918                  dp = da + j;
919                  mag0 = mag1 = 0.0;
920 +                lastsine = 0.0;
921                  for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
922   #ifdef  DEBUG
923                          if (dp->t != i || dp->p != j)
# Line 319 | Line 928 | AMBHEMI  *hp;
928                          if (i > 0) {
929                                  d = dp[-hp->np].r;
930                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
931 <                                d *= 1.0 - sqrt((double)i/hp->nt);
931 >                                                        /* sin(t)*cos(t)^2 */
932 >                                d *= lastsine * (1.0 - (double)i/hp->nt);
933                                  mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
934                          }
935 +                        nextsine = sqrt((double)(i+1)/hp->nt);
936                          if (j > 0) {
937                                  d = dp[-1].r;
938                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
939 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[-1].v));
939 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
940 >                                                (b - bright(dp[-1].v));
941                          } else {
942                                  d = dp[hp->np-1].r;
943                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
944 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[hp->np-1].v));
944 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
945 >                                                (b - bright(dp[hp->np-1].v));
946                          }
947                          dp += hp->np;
948 +                        lastsine = nextsine;
949                  }
950 <                if (hp->nt > 1) {
337 <                        mag0 /= (double)hp->np;
338 <                        mag1 /= (double)hp->nt;
339 <                }
950 >                mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
951                  phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
952 <                cosp = cos(phi); sinp = sin(phi);
952 >                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
953                  xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
954                  yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
955          }
956          for (i = 0; i < 3; i++)
957 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/PI;
957 >                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*(hp->nt*hp->np)/PI;
958   }
959  
960  
961 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
962 < FVECT  gv;
963 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
964 < AMBHEMI  *hp;
961 > void
962 > dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
963 >        FVECT  gv,
964 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
965 >        AMBHEMI  *hp
966 > )
967   {
968 <        register int  i, j;
968 >        int  i, j;
969          double  mag;
970          double  phi, xd, yd;
971 <        register AMBSAMP  *dp;
971 >        AMBSAMP  *dp;
972  
973          xd = yd = 0.0;
974          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
# Line 367 | Line 980 | AMBHEMI  *hp;
980                                  error(CONSISTENCY,
981                                          "division order in dirgradient");
982   #endif
983 <                        mag += sqrt((i+.5)/hp->nt)*bright(dp->v);
983 >                                                        /* tan(t) */
984 >                        mag += bright(dp->v)/sqrt(hp->nt/(i+.5) - 1.0);
985                          dp += hp->np;
986                  }
987                  phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
988 <                xd += mag * cos(phi);
989 <                yd += mag * sin(phi);
988 >                xd += mag * tcos(phi);
989 >                yd += mag * tsin(phi);
990          }
991          for (i = 0; i < 3; i++)
992 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*PI/(hp->nt*hp->np);
992 >                gv[i] = xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i];
993   }
994 +
995 + #endif  /* ! NEWAMB */

Diff Legend

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