ViewVC Help
View File | Revision Log | Show Annotations | Download File | Root Listing
root/radiance/ray/src/rt/ambcomp.c
(Generate patch)

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 1.8 by greg, Thu Jun 13 13:58:24 1991 UTC vs.
Revision 2.30 by greg, Wed Apr 23 17:30:10 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, rI2_eJ2;
39 +        double  nf, I1, I2;
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   vcp;
142 +        double  dot_e, dot_er, dot_r, dot_r1, J2;
143 +        int     i;
144 +
145 +        VSUB(ftp->r_i, ap0, rop);
146 +        VSUB(ftp->r_i1, ap1, rop);
147 +        VSUB(ftp->e_i, ap1, ap0);
148 +        VCROSS(vcp, ftp->e_i, ftp->r_i);
149 +        ftp->nf = 1.0/DOT(vcp,vcp);
150 +        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
151 +        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
152 +        dot_r = DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
153 +        dot_r1 = DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
154 +        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) / sqrt(dot_r*dot_r1) ) *
155 +                        sqrt( ftp->nf );
156 +        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)/dot_r1 - dot_er/dot_r +
157 +                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*ftp->nf;
158 +        J2 =  0.5/dot_e*( 1.0/dot_r - 1.0/dot_r1 ) - dot_er/dot_e*ftp->I2;
159 +        for (i = 3; i--; )
160 +                ftp->rI2_eJ2[i] = ftp->I2*ftp->r_i[i] + J2*ftp->e_i[i];
161 + }
162 +
163 +
164 + /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
165 + static void
166 + compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
167 + {
168 +        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
169 +        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
170 +        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
171 +        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
172 +        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
173 +        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
174 + }
175 +
176 +
177 + /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
178 + static void
179 + comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
180 + {
181 +        FVECT   vcp;
182 +        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
183 +        double  d1, d2, d3, d4;
184 +        double  I3, J3, K3;
185 +        int     i, j;
186 +                                        /* compute intermediate coefficients */
187 +        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
188 +        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
189 +        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
190 +        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
191 +        I3 = 0.25*ftp->nf*( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 +
192 +                                3.0/d3*ftp->I2 );
193 +        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
194 +        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
195 +                                        /* intermediate matrices */
196 +        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
197 +        compose_matrix(m1, vcp, ftp->rI2_eJ2);
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(vcp, ftp->r_i, ftp->e_i);
202 +        d1 = DOT(nrm, vcp);
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] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
255 + }
256 +
257 +
258 + /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
259 + static void
260 + rev_gradient(FVECT grad)
261 + {
262 +        grad[0] = -grad[0];
263 +        grad[1] = -grad[1];
264 +        grad[2] = -grad[2];
265 + }
266 +
267 +
268 + /* Add to displacement gradient from the given triangle */
269 + static void
270 + add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, COLORV v)
271 + {
272 +        int     i;
273 +
274 +        for (i = 3; i--; )
275 +                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
276 + }
277 +
278 +
279 + /* Return brightness of furthest ambient sample */
280 + static COLORV
281 + back_ambval(struct s_ambsamp *ap1, struct s_ambsamp *ap2,
282 +                struct s_ambsamp *ap3, FVECT orig)
283 + {
284 +        COLORV  vback;
285 +        FVECT   vec;
286 +        double  d2, d2best;
287 +
288 +        VSUB(vec, ap1->p, orig);
289 +        d2best = DOT(vec,vec);
290 +        vback = colval(ap1->v,CIEY);
291 +        VSUB(vec, ap2->p, orig);
292 +        d2 = DOT(vec,vec);
293 +        if (d2 > d2best) {
294 +                d2best = d2;
295 +                vback = colval(ap2->v,CIEY);
296 +        }
297 +        VSUB(vec, ap3->p, orig);
298 +        d2 = DOT(vec,vec);
299 +        if (d2 > d2best)
300 +                return(colval(ap3->v,CIEY));
301 +        return(vback);
302 + }
303 +
304 +
305 + /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
306   static int
307 < ambnorm(d1, d2)                         /* standard order */
47 < AMBSAMP  *d1, *d2;
307 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
308   {
309 <        register int  c;
309 >        double  hess2[2][2];
310 >        FVECT   a, b;
311 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
312 >        int     i;
313 >                                        /* project Hessian to sample plane */
314 >        for (i = 3; i--; ) {
315 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
316 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
317 >        }
318 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
319 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
320 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
321 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
322 >                                        /* compute eigenvalues */
323 >        if ( quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
324 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]) != 2 ||
325 >                        (evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY ||
326 >                        (evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY )
327 >                error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
328  
329 <        if (c = d1->t - d2->t)
330 <                return(c);
331 <        return(d1->p - d2->p);
329 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
330 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
331 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
332 >                slope1 = evalue[1];
333 >        } else {
334 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
335 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
336 >                slope1 = evalue[0];
337 >        }
338 >                                        /* compute unit eigenvectors */
339 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
340 >                return;                 /* uv OK as is */
341 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
342 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
343 >        for (i = 3; i--; ) {
344 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
345 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
346 >        }
347 >        VCOPY(uv[0], a);
348 >        VCOPY(uv[1], b);
349   }
350  
351  
352 < divsample(dp, h, r)                     /* sample a division */
353 < register AMBSAMP  *dp;
354 < AMBHEMI  *h;
355 < RAY  *r;
352 > static void
353 > ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
354 >        AMBHEMI *hp,
355 >        FVECT   uv[2],                  /* returned */
356 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
357 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
358 > )
359   {
360 +        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
361 +        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
362 +        FVECT           *gradrow = NULL;
363 +        FVECT           hessian[3];
364 +        FVECT           gradient;
365 +        FFTRI           fftr;
366 +        int             i, j;
367 +                                        /* be sure to assign unit vectors */
368 +        VCOPY(uv[0], hp->ux);
369 +        VCOPY(uv[1], hp->uy);
370 +                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
371 +        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
372 +                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
373 +                if (hessrow == NULL)
374 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
375 +                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
376 +        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
377 +                return;
378 +        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
379 +                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
380 +                if (gradrow == NULL)
381 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
382 +                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
383 +        }
384 +                                        /* compute first row of edges */
385 +        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
386 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,0,j).p,
387 +                                ambsamp(hp,0,j+1).p, hp->rp->rop);
388 +                if (hessrow != NULL)
389 +                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
390 +                if (gradrow != NULL)
391 +                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
392 +        }
393 +                                        /* sum each row of triangles */
394 +        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
395 +            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
396 +            FVECT       gradcol;
397 +            comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,0).p,
398 +                        ambsamp(hp,i+1,0).p, hp->rp->rop);
399 +            if (hessrow != NULL)
400 +                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
401 +            if (gradrow != NULL)
402 +                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
403 +            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
404 +                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
405 +                FVECT   graddia;
406 +                COLORV  backg;
407 +                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j), &ambsamp(hp,i,j+1),
408 +                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
409 +                                        /* diagonal (inner) edge */
410 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p,
411 +                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
412 +                if (hessrow != NULL) {
413 +                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
414 +                    rev_hessian(hesscol);
415 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
416 +                }
417 +                if (gradient != NULL) {
418 +                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
419 +                    rev_gradient(gradcol);
420 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
421 +                }
422 +                                        /* initialize edge in next row */
423 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
424 +                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
425 +                if (hessrow != NULL)
426 +                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
427 +                if (gradrow != NULL)
428 +                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
429 +                                        /* new column edge & paired triangle */
430 +                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j+1), &ambsamp(hp,i+1,j+1),
431 +                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
432 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
433 +                                hp->rp->rop);
434 +                if (hessrow != NULL) {
435 +                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
436 +                    rev_hessian(hessdia);
437 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
438 +                    if (i < hp->ns-2)
439 +                        rev_hessian(hessrow[j]);
440 +                }
441 +                if (gradrow != NULL) {
442 +                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
443 +                    rev_gradient(graddia);
444 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
445 +                    if (i < hp->ns-2)
446 +                        rev_gradient(gradrow[j]);
447 +                }
448 +            }
449 +        }
450 +                                        /* release row buffers */
451 +        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
452 +        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
453 +        
454 +        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
455 +                eigenvectors(uv, ra, hessian);
456 +        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient/PI */
457 +                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]) / PI;
458 +                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]) / PI;
459 +        }
460 + }
461 +
462 +
463 + /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
464 + static void
465 + ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
466 + {
467 +        struct s_ambsamp        *ap;
468 +        double                  dgsum[2];
469 +        int                     n;
470 +        FVECT                   vd;
471 +        double                  gfact;
472 +
473 +        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
474 +        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
475 +                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
476 +                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
477 +                                        /* brightness over cosine factor */
478 +                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
479 +                                        /* -sine = -proj_radius/vd_length */
480 +                dgsum[0] += DOT(uv[1], vd) * gfact;
481 +                dgsum[1] -= DOT(uv[0], vd) * gfact;
482 +        }
483 +        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
484 +        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
485 + }
486 +
487 +
488 + int
489 + doambient(                              /* compute ambient component */
490 +        COLOR   rcol,                   /* input/output color */
491 +        RAY     *r,
492 +        double  wt,
493 +        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
494 +        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
495 +        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
496 +        float   dg[2]                   /* returned (optional) */
497 + )
498 + {
499 +        AMBHEMI                 *hp = inithemi(rcol, r, wt);
500 +        int                     cnt = 0;
501 +        FVECT                   my_uv[2];
502 +        double                  d, acol[3];
503 +        struct s_ambsamp        *ap;
504 +        int                     i, j;
505 +                                        /* check/initialize */
506 +        if (hp == NULL)
507 +                return(0);
508 +        if (uv != NULL)
509 +                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
510 +        if (ra != NULL)
511 +                ra[0] = ra[1] = 0.0;
512 +        if (pg != NULL)
513 +                pg[0] = pg[1] = 0.0;
514 +        if (dg != NULL)
515 +                dg[0] = dg[1] = 0.0;
516 +                                        /* sample the hemisphere */
517 +        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
518 +        for (i = hp->ns; i--; )
519 +                for (j = hp->ns; j--; )
520 +                        if ((ap = ambsample(hp, i, j)) != NULL) {
521 +                                addcolor(acol, ap->v);
522 +                                ++cnt;
523 +                        }
524 +        if (!cnt) {
525 +                setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
526 +                free(hp);
527 +                return(0);              /* no valid samples */
528 +        }
529 +        copycolor(rcol, acol);          /* final indirect irradiance/PI */
530 +        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
531 +                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
532 +                free(hp);
533 +                return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
534 +        }
535 +        multcolor(acol, hp->acoef);     /* normalize Y values */
536 +        if ((d = bright(acol)) > FTINY)
537 +                d = 1.0/d;
538 +        else
539 +                d = 0.0;
540 +        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
541 +        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
542 +                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + 0.0314;
543 +
544 +        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
545 +                uv = my_uv;
546 +                                        /* compute radii & pos. gradient */
547 +        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
548 +
549 +        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
550 +                ambdirgrad(hp, uv, dg);
551 +
552 +        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
553 +                if (ra[0] < minarad) {
554 +                        ra[0] = minarad;
555 +                        if (ra[1] < minarad)
556 +                                ra[1] = minarad;
557 +                }
558 +                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(sqrt(wt));
559 +                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
560 +                        ra[1] = 2.0*ra[0];
561 +                if (ra[1] > maxarad) {
562 +                        ra[1] = maxarad;
563 +                        if (ra[0] > maxarad)
564 +                                ra[0] = maxarad;
565 +                }
566 +        }
567 +        free(hp);                       /* clean up and return */
568 +        return(1);
569 + }
570 +
571 +
572 + #else /* ! NEWAMB */
573 +
574 +
575 + void
576 + inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
577 +        AMBHEMI  *hp,
578 +        COLOR ac,
579 +        RAY  *r,
580 +        double  wt
581 + )
582 + {
583 +        double  d;
584 +        int  i;
585 +                                        /* set number of divisions */
586 +        if (ambacc <= FTINY &&
587 +                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
588 +                wt = d;                 /* avoid ray termination */
589 +        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
590 +        i = ambacc > FTINY ? 3 : 1;     /* minimum number of samples */
591 +        if (hp->nt < i)
592 +                hp->nt = i;
593 +        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
594 +                                        /* set number of super-samples */
595 +        hp->ns = ambssamp * wt + 0.5;
596 +                                        /* assign coefficient */
597 +        copycolor(hp->acoef, ac);
598 +        d = 1.0/(hp->nt*hp->np);
599 +        scalecolor(hp->acoef, d);
600 +                                        /* make axes */
601 +        VCOPY(hp->uz, r->ron);
602 +        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
603 +        for (i = 0; i < 3; i++)
604 +                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
605 +                        break;
606 +        if (i >= 3)
607 +                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
608 +        hp->uy[i] = 1.0;
609 +        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
610 +        normalize(hp->ux);
611 +        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
612 + }
613 +
614 +
615 + int
616 + divsample(                              /* sample a division */
617 +        AMBSAMP  *dp,
618 +        AMBHEMI  *h,
619 +        RAY  *r
620 + )
621 + {
622          RAY  ar;
623 <        int  hlist[4];
623 >        int  hlist[3];
624 >        double  spt[2];
625          double  xd, yd, zd;
626          double  b2;
627          double  phi;
628 <        register int  i;
629 <
630 <        if (rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
628 >        int  i;
629 >                                        /* ambient coefficient for weight */
630 >        if (ambacc > FTINY)
631 >                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
632 >        else
633 >                copycolor(ar.rcoef, h->acoef);
634 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, r, ar.rcoef) < 0)
635                  return(-1);
636 +        if (ambacc > FTINY) {
637 +                multcolor(ar.rcoef, h->acoef);
638 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
639 +        }
640          hlist[0] = r->rno;
641          hlist[1] = dp->t;
642          hlist[2] = dp->p;
643 <        hlist[3] = 0;
644 <        zd = sqrt((dp->t+urand(ilhash(hlist,4)+dp->n))/h->nt);
645 <        hlist[3] = 1;
646 <        phi = 2.0*PI * (dp->p+urand(ilhash(hlist,4)+dp->n))/h->np;
647 <        xd = cos(phi) * zd;
79 <        yd = sin(phi) * zd;
643 >        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n));
644 >        zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
645 >        phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
646 >        xd = tcos(phi) * zd;
647 >        yd = tsin(phi) * zd;
648          zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
649          for (i = 0; i < 3; i++)
650                  ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
651                                  yd*h->uy[i] +
652                                  zd*h->uz[i];
653 +        checknorm(ar.rdir);
654          dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
655          rayvalue(&ar);
656          ndims--;
657 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
658          addcolor(dp->v, ar.rcol);
659 +                                        /* use rt to improve gradient calc */
660          if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
661                  dp->r += 1.0/ar.rt;
662                                          /* (re)initialize error */
# Line 99 | Line 670 | RAY  *r;
670   }
671  
672  
673 + static int
674 + ambcmp(                                 /* decreasing order */
675 +        const void *p1,
676 +        const void *p2
677 + )
678 + {
679 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
680 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
681 +
682 +        if (d1->k < d2->k)
683 +                return(1);
684 +        if (d1->k > d2->k)
685 +                return(-1);
686 +        return(0);
687 + }
688 +
689 +
690 + static int
691 + ambnorm(                                /* standard order */
692 +        const void *p1,
693 +        const void *p2
694 + )
695 + {
696 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
697 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
698 +        int     c;
699 +
700 +        if ( (c = d1->t - d2->t) )
701 +                return(c);
702 +        return(d1->p - d2->p);
703 + }
704 +
705 +
706   double
707 < doambient(acol, r, pg, dg)              /* compute ambient component */
708 < COLOR  acol;
709 < RAY  *r;
710 < FVECT  pg, dg;
707 > doambient(                              /* compute ambient component */
708 >        COLOR  rcol,
709 >        RAY  *r,
710 >        double  wt,
711 >        FVECT  pg,
712 >        FVECT  dg
713 > )
714   {
715 <        double  b, d;
715 >        double  b, d=0;
716          AMBHEMI  hemi;
717          AMBSAMP  *div;
718          AMBSAMP  dnew;
719 <        register AMBSAMP  *dp;
719 >        double  acol[3];
720 >        AMBSAMP  *dp;
721          double  arad;
722 <        int  ndivs, ns;
723 <        register int  i, j;
116 <                                        /* initialize color */
117 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
722 >        int  divcnt;
723 >        int  i, j;
724                                          /* initialize hemisphere */
725 <        inithemi(&hemi, r);
726 <        ndivs = hemi.nt * hemi.np;
727 <        if (ndivs == 0)
725 >        inithemi(&hemi, rcol, r, wt);
726 >        divcnt = hemi.nt * hemi.np;
727 >                                        /* initialize */
728 >        if (pg != NULL)
729 >                pg[0] = pg[1] = pg[2] = 0.0;
730 >        if (dg != NULL)
731 >                dg[0] = dg[1] = dg[2] = 0.0;
732 >        setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
733 >        if (divcnt == 0)
734                  return(0.0);
735 <                                        /* set number of super-samples */
736 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
737 <        if (ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
126 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
735 >                                        /* allocate super-samples */
736 >        if (hemi.ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
737 >                div = (AMBSAMP *)malloc(divcnt*sizeof(AMBSAMP));
738                  if (div == NULL)
739                          error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
740          } else
741                  div = NULL;
742                                          /* sample the divisions */
743          arad = 0.0;
744 +        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
745          if ((dp = div) == NULL)
746                  dp = &dnew;
747 +        divcnt = 0;
748          for (i = 0; i < hemi.nt; i++)
749                  for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
750                          dp->t = i; dp->p = j;
751                          setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
752                          dp->r = 0.0;
753                          dp->n = 0;
754 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0)
755 <                                goto oopsy;
754 >                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0) {
755 >                                if (div != NULL)
756 >                                        dp++;
757 >                                continue;
758 >                        }
759 >                        arad += dp->r;
760 >                        divcnt++;
761                          if (div != NULL)
762                                  dp++;
763 <                        else {
763 >                        else
764                                  addcolor(acol, dp->v);
147 –                                arad += dp->r;
148 –                        }
765                  }
766 <        if (ns > 0) {                   /* perform super-sampling */
766 >        if (!divcnt) {
767 >                if (div != NULL)
768 >                        free((void *)div);
769 >                return(0.0);            /* no samples taken */
770 >        }
771 >        if (divcnt < hemi.nt*hemi.np) {
772 >                pg = dg = NULL;         /* incomplete sampling */
773 >                hemi.ns = 0;
774 >        } else if (arad > FTINY && divcnt/arad < minarad) {
775 >                hemi.ns = 0;            /* close enough */
776 >        } else if (hemi.ns > 0) {       /* else perform super-sampling? */
777                  comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
778 <                qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);     /* sort divs */
778 >                qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);    /* sort divs */
779                                                  /* super-sample */
780 <                for (i = ns; i > 0; i--) {
781 <                        copystruct(&dnew, div);
782 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
783 <                                goto oopsy;
784 <                                                        /* reinsert */
785 <                        dp = div;
786 <                        j = ndivs < i ? ndivs : i;
780 >                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
781 >                        dnew = *div;
782 >                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0) {
783 >                                dp++;
784 >                                continue;
785 >                        }
786 >                        dp = div;               /* reinsert */
787 >                        j = divcnt < i ? divcnt : i;
788                          while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
789 <                                copystruct(dp, dp+1);
789 >                                *dp = *(dp+1);
790                                  dp++;
791                          }
792 <                        copystruct(dp, &dnew);
792 >                        *dp = dnew;
793                  }
794                  if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
795 <                        qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
795 >                        qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
796          }
797                                          /* compute returned values */
798          if (div != NULL) {
799 <                for (i = ndivs, dp = div; i-- > 0; dp++) {
799 >                arad = 0.0;             /* note: divcnt may be < nt*np */
800 >                for (i = hemi.nt*hemi.np, dp = div; i-- > 0; dp++) {
801                          arad += dp->r;
802                          if (dp->n > 1) {
803                                  b = 1.0/dp->n;
# Line 181 | Line 809 | FVECT  pg, dg;
809                  }
810                  b = bright(acol);
811                  if (b > FTINY) {
812 <                        b = ndivs/b;
812 >                        b = 1.0/b;      /* compute & normalize gradient(s) */
813                          if (pg != NULL) {
814                                  posgradient(pg, div, &hemi);
815                                  for (i = 0; i < 3; i++)
# Line 192 | Line 820 | FVECT  pg, dg;
820                                  for (i = 0; i < 3; i++)
821                                          dg[i] *= b;
822                          }
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;
823                  }
824 <                free((char *)div);
824 >                free((void *)div);
825          }
826 <        b = 1.0/ndivs;
206 <        scalecolor(acol, b);
826 >        copycolor(rcol, acol);
827          if (arad <= FTINY)
208 –                arad = FHUGE;
209 –        else
210 –                arad = (ndivs+ns)/arad;
211 –        if (arad > maxarad)
828                  arad = maxarad;
829 <        else if (arad < minarad)
829 >        else
830 >                arad = (divcnt+hemi.ns)/arad;
831 >        if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
832 >                d = DOT(pg,pg);
833 >                if (d*arad*arad > 1.0)
834 >                        arad = 1.0/sqrt(d);
835 >        }
836 >        if (arad < minarad) {
837                  arad = minarad;
838 <        arad /= sqrt(r->rweight);
839 <        if (pg != NULL) {               /* clip pos. gradient if too large */
217 <                d = 4.0*DOT(pg,pg)*arad*arad;
218 <                if (d > 1.0) {
219 <                        d = 1.0/sqrt(d);
838 >                if (pg != NULL && d*arad*arad > 1.0) {  /* cap gradient */
839 >                        d = 1.0/arad/sqrt(d);
840                          for (i = 0; i < 3; i++)
841                                  pg[i] *= d;
842                  }
843          }
844 +        if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
845 +                arad = maxarad;
846          return(arad);
225 – oopsy:
226 –        if (div != NULL)
227 –                free((char *)div);
228 –        return(0.0);
847   }
848  
849  
850 < inithemi(hp, r)                 /* initialize sampling hemisphere */
851 < register AMBHEMI  *hp;
852 < RAY  *r;
850 > void
851 > comperrs(                       /* compute initial error estimates */
852 >        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
853 >        AMBHEMI  *hp
854 > )
855   {
236 –        register int  i;
237 –                                        /* set number of divisions */
238 –        hp->nt = sqrt(ambdiv * r->rweight * 0.5) + 0.5;
239 –        hp->np = 2 * hp->nt;
240 –                                        /* make axes */
241 –        VCOPY(hp->uz, r->ron);
242 –        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
243 –        for (i = 0; i < 3; i++)
244 –                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
245 –                        break;
246 –        if (i >= 3)
247 –                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
248 –        hp->uy[i] = 1.0;
249 –        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
250 –        normalize(hp->ux);
251 –        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
252 – }
253 –
254 –
255 – comperrs(da, hp)                /* compute initial error estimates */
256 – AMBSAMP  *da;           /* assumes standard ordering */
257 – register AMBHEMI  *hp;
258 – {
856          double  b, b2;
857          int  i, j;
858 <        register AMBSAMP  *dp;
858 >        AMBSAMP  *dp;
859                                  /* sum differences from neighbors */
860          dp = da;
861          for (i = 0; i < hp->nt; i++)
# Line 302 | Line 899 | register AMBHEMI  *hp;
899   }
900  
901  
902 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
903 < FVECT  gv;
904 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
905 < AMBHEMI  *hp;
902 > void
903 > posgradient(                                    /* compute position gradient */
904 >        FVECT  gv,
905 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
906 >        AMBHEMI  *hp
907 > )
908   {
909 <        register int  i, j;
910 <        double  b, d;
909 >        int  i, j;
910 >        double  nextsine, lastsine, b, d;
911          double  mag0, mag1;
912          double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
913 <        register AMBSAMP  *dp;
913 >        AMBSAMP  *dp;
914  
915          xd = yd = 0.0;
916          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
917                  dp = da + j;
918                  mag0 = mag1 = 0.0;
919 +                lastsine = 0.0;
920                  for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
921   #ifdef  DEBUG
922                          if (dp->t != i || dp->p != j)
# Line 327 | Line 927 | AMBHEMI  *hp;
927                          if (i > 0) {
928                                  d = dp[-hp->np].r;
929                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
930 <                                d *= 1.0 - sqrt((double)i/hp->nt);
930 >                                                        /* sin(t)*cos(t)^2 */
931 >                                d *= lastsine * (1.0 - (double)i/hp->nt);
932                                  mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
933                          }
934 +                        nextsine = sqrt((double)(i+1)/hp->nt);
935                          if (j > 0) {
936                                  d = dp[-1].r;
937                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
938 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[-1].v));
938 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
939 >                                                (b - bright(dp[-1].v));
940                          } else {
941                                  d = dp[hp->np-1].r;
942                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
943 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[hp->np-1].v));
943 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
944 >                                                (b - bright(dp[hp->np-1].v));
945                          }
946                          dp += hp->np;
947 +                        lastsine = nextsine;
948                  }
949 <                if (hp->nt > 1) {
345 <                        mag0 /= (double)hp->np;
346 <                        mag1 /= (double)hp->nt;
347 <                }
949 >                mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
950                  phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
951 <                cosp = cos(phi); sinp = sin(phi);
951 >                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
952                  xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
953                  yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
954          }
955          for (i = 0; i < 3; i++)
956 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/PI;
956 >                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*(hp->nt*hp->np)/PI;
957   }
958  
959  
960 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
961 < FVECT  gv;
962 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
963 < AMBHEMI  *hp;
960 > void
961 > dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
962 >        FVECT  gv,
963 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
964 >        AMBHEMI  *hp
965 > )
966   {
967 <        register int  i, j;
967 >        int  i, j;
968          double  mag;
969          double  phi, xd, yd;
970 <        register AMBSAMP  *dp;
970 >        AMBSAMP  *dp;
971  
972          xd = yd = 0.0;
973          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
# Line 375 | Line 979 | AMBHEMI  *hp;
979                                  error(CONSISTENCY,
980                                          "division order in dirgradient");
981   #endif
982 <                        mag += sqrt((i+.5)/hp->nt)*bright(dp->v);
982 >                                                        /* tan(t) */
983 >                        mag += bright(dp->v)/sqrt(hp->nt/(i+.5) - 1.0);
984                          dp += hp->np;
985                  }
986                  phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
987 <                xd += mag * cos(phi);
988 <                yd += mag * sin(phi);
987 >                xd += mag * tcos(phi);
988 >                yd += mag * tsin(phi);
989          }
990          for (i = 0; i < 3; i++)
991 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*PI/(hp->nt*hp->np);
991 >                gv[i] = xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i];
992   }
993 +
994 + #endif  /* ! NEWAMB */

Diff Legend

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