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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 1.9 by greg, Thu Jul 11 16:39:00 1991 UTC vs.
Revision 2.105 by greg, Thu Aug 21 20:38:41 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        0.2     /* def. min. spacing = 1/5th 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 int      gterm[COTHER+1];
85 +        double          repl[2];
86 +        int             sclass, rclass;
87 +        int             x;
88 + re_initialize:                          /* 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 +        if (x >= XLOTSIZ) {             /* uh-oh... trapped in a corner! */
110 +                memset(gterm, 0, sizeof(gterm));
111 +                goto re_initialize;
112 +        }
113 +        repl[0] = tradelot[x][0];       /* save selected replacement (result) */
114 +        repl[1] = tradelot[x][1];
115 +                                        /* identify replacement class */
116 +        for (rclass = CFIRST; rclass < COTHER; rclass++)
117 +                if (x < gterm[rclass])
118 +                        break;          /* repark to keep classes grouped */
119 +        while (rclass > sclass) {       /* replacement group after submitted? */
120 +                tradelot[x][0] = tradelot[gterm[rclass-1]][0];
121 +                tradelot[x][1] = tradelot[gterm[rclass-1]][1];
122 +                x = gterm[--rclass]++;
123 +        }
124 +        while (rclass < sclass) {       /* replacement group before submitted? */
125 +                tradelot[x][0] = tradelot[--gterm[rclass]][0];
126 +                tradelot[x][1] = tradelot[gterm[rclass]][1];
127 +                x = gterm[rclass++];
128 +        }
129 +        tradelot[x][0] = ss[0];         /* complete the trade-in */
130 +        tradelot[x][1] = ss[1];
131 +        ss[0] = repl[0];
132 +        ss[1] = repl[1];
133 + }
134  
135 + #undef XLOTSIZ
136 + #undef COTHER
137 + #undef CFIRST
138 +
139 +
140   static int
141 < ambnorm(d1, d2)                         /* standard order */
142 < AMBSAMP  *d1, *d2;
141 > ambcollision(                           /* proposed direction collides? */
142 >        AMBHEMI *hp,
143 >        int     i,
144 >        int     j,
145 >        RREAL   spt[2]
146 > )
147   {
148 <        register int  c;
149 <
150 <        if (c = d1->t - d2->t)
151 <                return(c);
152 <        return(d1->p - d2->p);
148 >        int     ii, jj;
149 >                                        /* check existing neighbors */
150 >        for (ii = i-1; ii <= i+1; ii++) {
151 >                if (ii < 0) continue;
152 >                if (ii >= hp->ns) break;
153 >                for (jj = j-1; jj <= j+1; jj++) {
154 >                        AMBSAMP *ap;
155 >                        FVECT   avec;
156 >                        double  dx, dy;
157 >                        if (jj < 0) continue;
158 >                        if (jj >= hp->ns) break;
159 >                        if ((ii==i) & (jj==j)) continue;
160 >                        ap = &ambsam(hp,ii,jj);
161 >                        if (ap->d <= .5/FHUGE)
162 >                                continue;       /* no one home */
163 >                        VSUB(avec, ap->p, hp->rp->rop);
164 >                        normalize(avec);        /* use diskworld distance */
165 >                        dx = DOT(avec, hp->ux) - spt[0];
166 >                        dy = DOT(avec, hp->uy) - spt[1];
167 >                        if ((dx*dx + dy*dy)*(hp->ns*hp->ns) <
168 >                                        PI*MINSDIST*MINSDIST)
169 >                                return(1);      /* too close */
170 >                }
171 >        }
172 >        return(0);                      /* nothing to worry about */
173   }
174  
175  
176 < divsample(dp, h, r)                     /* sample a division */
177 < register AMBSAMP  *dp;
178 < AMBHEMI  *h;
179 < RAY  *r;
176 > static int
177 > ambsample(                              /* initial ambient division sample */
178 >        AMBHEMI *hp,
179 >        int     i,
180 >        int     j,
181 >        int     n
182 > )
183   {
184 <        RAY  ar;
185 <        int  hlist[4];
186 <        double  xd, yd, zd;
187 <        double  b2;
188 <        double  phi;
189 <        register int  i;
190 <
191 <        if (rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
192 <                return(-1);
193 <        hlist[0] = r->rno;
194 <        hlist[1] = dp->t;
195 <        hlist[2] = dp->p;
196 <        hlist[3] = 0;
197 <        zd = sqrt((dp->t+urand(urind(ilhash(hlist,4),dp->n)))/h->nt);
198 <        hlist[3] = 1;
199 <        phi = 2.0*PI * (dp->p+urand(urind(ilhash(hlist,4),dp->n)))/h->np;
200 <        xd = cos(phi) * zd;
201 <        yd = sin(phi) * zd;
202 <        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
203 <        for (i = 0; i < 3; i++)
204 <                ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
205 <                                yd*h->uy[i] +
206 <                                zd*h->uz[i];
207 <        dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
208 <        rayvalue(&ar);
209 <        ndims--;
210 <        addcolor(dp->v, ar.rcol);
211 <        if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
212 <                dp->r += 1.0/ar.rt;
213 <                                        /* (re)initialize error */
214 <        if (dp->n++) {
215 <                b2 = bright(dp->v)/dp->n - bright(ar.rcol);
216 <                b2 = b2*b2 + dp->k*((dp->n-1)*(dp->n-1));
217 <                dp->k = b2/(dp->n*dp->n);
218 <        } else
219 <                dp->k = 0.0;
220 <        return(0);
184 >        int     trade_ok = (!n & (hp->ns >= 4))*21;
185 >        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
186 >        RAY     ar;
187 >        int     hlist[3], ii;
188 >        double  ss[2];
189 >        RREAL   spt[2];
190 >        double  zd;
191 >                                        /* generate hemispherical sample */
192 >                                        /* ambient coefficient for weight */
193 >        if (ambacc > FTINY)
194 >                setscolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
195 >        else
196 >                copyscolor(ar.rcoef, hp->acoef);
197 >        if (rayorigin(&ar, hp->atyp, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
198 >                return(0);
199 >        if (ambacc > FTINY) {
200 >                smultscolor(ar.rcoef, hp->acoef);
201 >                scalescolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
202 >        }
203 >        hlist[0] = hp->rp->rno;
204 >        hlist[1] = AI(hp,i,j);
205 >        hlist[2] = samplendx;
206 >        multisamp(ss, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
207 >        square2disk(spt, (j+ss[1])/hp->ns, (i+ss[0])/hp->ns);
208 >                                        /* avoid coincident samples? */
209 >        while (trade_ok-- && ambcollision(hp, i, j, spt)) {
210 >                if (trade_ok) {
211 >                        trade_patchsamp(ss);
212 >                } else {                /* punting... */
213 >                        ss[0] = MINSDIST + (1-2*MINSDIST)*frandom();
214 >                        ss[1] = MINSDIST + (1-2*MINSDIST)*frandom();
215 >                }
216 >                square2disk(spt, (j+ss[1])/hp->ns, (i+ss[0])/hp->ns);
217 >        }
218 >        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
219 >        for (ii = 3; ii--; )
220 >                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
221 >                                spt[1]*hp->uy[ii] +
222 >                                zd*hp->onrm[ii];
223 >        checknorm(ar.rdir);
224 >        dimlist[ndims_inc()] = AI(hp,i,j) + 90171;
225 >        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
226 >        dec_ndims();
227 >        zd = raydistance(&ar);
228 >        if (zd <= FTINY)
229 >                return(0);              /* should never happen */
230 >        smultscolor(ar.rcol, ar.rcoef); /* apply coefficient */
231 >        if (zd*ap->d < 1.0)             /* new/closer distance? */
232 >                ap->d = 1.0/zd;
233 >        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
234 >                if (zd > 10.0*thescene.cusize + 1000.)
235 >                        zd = 10.0*thescene.cusize + 1000.;
236 >                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, zd);
237 >                copyscolor(ap->v, ar.rcol);
238 >        } else {                        /* else update recorded value */
239 >                sopscolor(hp->acol, -=, ap->v);
240 >                zd = 1.0/(double)(n+1);
241 >                scalescolor(ar.rcol, zd);
242 >                zd *= (double)n;
243 >                scalescolor(ap->v, zd);
244 >                saddscolor(ap->v, ar.rcol);
245 >        }
246 >        saddscolor(hp->acol, ap->v);    /* add to our sum */
247 >        return(1);
248   }
249  
250  
251 < double
252 < doambient(acol, r, pg, dg)              /* compute ambient component */
253 < COLOR  acol;
105 < RAY  *r;
106 < FVECT  pg, dg;
251 > /* Estimate variance based on ambient division differences */
252 > static float *
253 > getambdiffs(AMBHEMI *hp)
254   {
255 <        double  b, d;
256 <        AMBHEMI  hemi;
257 <        AMBSAMP  *div;
258 <        AMBSAMP  dnew;
259 <        register AMBSAMP  *dp;
260 <        double  arad;
261 <        int  ndivs, ns;
262 <        register int  i, j;
263 <                                        /* initialize color */
264 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
265 <                                        /* initialize hemisphere */
266 <        inithemi(&hemi, r);
267 <        ndivs = hemi.nt * hemi.np;
268 <        if (ndivs == 0)
269 <                return(0.0);
270 <                                        /* set number of super-samples */
271 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
272 <        if (ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
273 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
274 <                if (div == NULL)
275 <                        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 <                        }
255 >        const double    normf = 1./(pbright(hp->acoef) + FTINY);
256 >        float   *earr = (float *)calloc(2*hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
257 >        float   *ep;
258 >        AMBSAMP *ap;
259 >        double  b, b1, d2;
260 >        int     i, j;
261 >
262 >        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
263 >                return(NULL);
264 >                                        /* sum squared neighbor diffs */
265 >        ap = hp->sa;
266 >        ep = earr + hp->ns*hp->ns;      /* original estimates to scratch */
267 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
268 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
269 >                b = pbright(ap[0].v);
270 >                if (i) {                /* from above */
271 >                        b1 = pbright(ap[-hp->ns].v);
272 >                        d2 = b - b1;
273 >                        d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
274 >                        ep[0] += d2;
275 >                        ep[-hp->ns] += d2;
276                  }
277 <        if (ns > 0) {                   /* perform super-sampling */
278 <                comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
279 <                qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);     /* sort divs */
280 <                                                /* super-sample */
281 <                for (i = ns; i > 0; i--) {
282 <                        copystruct(&dnew, div);
283 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
284 <                                goto oopsy;
285 <                                                        /* reinsert */
286 <                        dp = div;
287 <                        j = ndivs < i ? ndivs : i;
288 <                        while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
289 <                                copystruct(dp, dp+1);
290 <                                dp++;
291 <                        }
292 <                        copystruct(dp, &dnew);
293 <                }
294 <                if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
295 <                        qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
277 >                if (!j) continue;
278 >                                        /* from behind */
279 >                b1 = pbright(ap[-1].v);
280 >                d2 = b - b1;
281 >                d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
282 >                ep[0] += d2;
283 >                ep[-1] += d2;
284 >                if (!i) continue;
285 >                                        /* diagonal */
286 >                b1 = pbright(ap[-hp->ns-1].v);
287 >                d2 = b - b1;
288 >                d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
289 >                ep[0] += d2;
290 >                ep[-hp->ns-1] += d2;
291 >            }
292 >                                        /* correct for number of neighbors */
293 >        ep = earr + hp->ns*hp->ns;
294 >        ep[0] *= 6./3.;
295 >        ep[hp->ns-1] *= 6./3.;
296 >        ep[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 6./3.;
297 >        ep[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 6./3.;
298 >        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
299 >                ep[i*hp->ns] *= 6./5.;
300 >                ep[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 6./5.;
301          }
302 <                                        /* compute returned values */
303 <        if (div != NULL) {
304 <                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 <                        if (pg != NULL) {
186 <                                posgradient(pg, div, &hemi);
187 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
188 <                                        pg[i] *= b;
189 <                        }
190 <                        if (dg != NULL) {
191 <                                dirgradient(dg, div, &hemi);
192 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
193 <                                        dg[i] *= b;
194 <                        }
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;
202 <                }
203 <                free((char *)div);
302 >        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
303 >                ep[j] *= 6./5.;
304 >                ep[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 6./5.;
305          }
306 <        b = 1.0/ndivs;
307 <        scalecolor(acol, b);
308 <        if (arad <= FTINY)
309 <                arad = FHUGE;
310 <        else
311 <                arad = (ndivs+ns)/arad;
312 <        if (arad > maxarad)
313 <                arad = maxarad;
314 <        else if (arad < minarad)
315 <                arad = minarad;
215 <        arad /= sqrt(r->rweight);
216 <        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);
220 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
221 <                                pg[i] *= d;
222 <                }
306 >                                        /* blur final map to reduce bias */
307 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
308 >            float  *ep2;
309 >            ep = earr + i*hp->ns;
310 >            ep2 = ep + hp->ns*hp->ns;
311 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++, ep++, ep2++) {
312 >                ep[0] += .5*ep2[0] + .125*(ep2[1] + ep2[hp->ns]);
313 >                ep[1] += .125*ep2[0];
314 >                ep[hp->ns] += .125*ep2[0];
315 >            }
316          }
317 <        return(arad);
225 < oopsy:
226 <        if (div != NULL)
227 <                free((char *)div);
228 <        return(0.0);
317 >        return(earr);
318   }
319  
320  
321 < inithemi(hp, r)                 /* initialize sampling hemisphere */
322 < register AMBHEMI  *hp;
323 < RAY  *r;
321 > /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
322 > static void
323 > ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
324   {
325 <        register int  i;
325 >        float   *earr = getambdiffs(hp);
326 >        double  e2rem = 0;
327 >        float   *ep;
328 >        int     i, j, n, nss;
329 >
330 >        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
331 >                return;
332 >                                        /* accumulate estimated variances */
333 >        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
334 >                e2rem += *--ep;
335 >        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
336 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
337 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++) {
338 >                if (e2rem <= FTINY)
339 >                        goto done;      /* nothing left to do */
340 >                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
341 >                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
342 >                        if (!--cnt) goto done;
343 >                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
344 >        }
345 > done:
346 >        free(earr);
347 > }
348 >
349 >
350 > static AMBHEMI *
351 > samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
352 >        SCOLOR  rcol,
353 >        RAY     *r,
354 >        double  wt
355 > )
356 > {
357 >        int     backside = (wt < 0);
358 >        AMBHEMI *hp;
359 >        double  d;
360 >        int     n, i, j;
361 >                                        /* insignificance check */
362 >        d = sintens(rcol);
363 >        if (d <= FTINY)
364 >                return(NULL);
365                                          /* set number of divisions */
366 <        hp->nt = sqrt(ambdiv * r->rweight * 0.5) + 0.5;
367 <        hp->np = 2 * hp->nt;
368 <                                        /* make axes */
369 <        VCOPY(hp->uz, r->ron);
370 <        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
371 <        for (i = 0; i < 3; i++)
372 <                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
373 <                        break;
374 <        if (i >= 3)
375 <                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
376 <        hp->uy[i] = 1.0;
377 <        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
378 <        normalize(hp->ux);
379 <        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
366 >        if (backside) wt = -wt;
367 >        if (ambacc <= FTINY &&
368 >                        wt > (d *= 0.8*r->rweight/(ambdiv*minweight + 1e-20)))
369 >                wt = d;                 /* avoid ray termination */
370 >        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
371 >        i = 1 + (MINADIV-1)*(ambacc > FTINY);
372 >        if (n < i)                      /* use minimum number of samples? */
373 >                n = i;
374 >                                        /* allocate sampling array */
375 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
376 >        if (hp == NULL)
377 >                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
378 >
379 >        if (backside) {
380 >                hp->atyp = TAMBIENT;
381 >                hp->onrm[0] = -r->ron[0];
382 >                hp->onrm[1] = -r->ron[1];
383 >                hp->onrm[2] = -r->ron[2];
384 >        } else {
385 >                hp->atyp = RAMBIENT;
386 >                VCOPY(hp->onrm, r->ron);
387 >        }
388 >        hp->rp = r;
389 >        hp->ns = n;
390 >        scolorblack(hp->acol);
391 >        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
392 >        hp->sampOK = 0;
393 >                                        /* assign coefficient */
394 >        copyscolor(hp->acoef, rcol);
395 >        d = 1.0/(n*n);
396 >        scalescolor(hp->acoef, d);
397 >                                        /* make tangent plane axes */
398 >        if (!getperpendicular(hp->ux, hp->onrm, 1))
399 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
400 >        VCROSS(hp->uy, hp->onrm, hp->ux);
401 >                                        /* sample divisions */
402 >        for (i = hp->ns; i--; )
403 >            for (j = hp->ns; j--; )
404 >                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
405 >        copyscolor(rcol, hp->acol);
406 >        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
407 >                free(hp);
408 >                return(NULL);
409 >        }
410 >        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
411 >                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
412 >                return(hp);
413 >        }
414 >        if (hp->sampOK <= MINADIV*MINADIV)
415 >                return(hp);             /* don't bother super-sampling */
416 >        n = ambssamp*wt + 0.5;
417 >        if (n >= 4*hp->ns) {            /* perform super-sampling? */
418 >                ambsupersamp(hp, n);
419 >                copyscolor(rcol, hp->acol);
420 >        }
421 >        return(hp);                     /* all is well */
422   }
423  
424  
425 < comperrs(da, hp)                /* compute initial error estimates */
426 < AMBSAMP  *da;           /* assumes standard ordering */
427 < register AMBHEMI  *hp;
425 > /* Return brightness of farthest ambient sample */
426 > static double
427 > back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
428   {
429 <        double  b, b2;
430 <        int  i, j;
431 <        register AMBSAMP  *dp;
432 <                                /* sum differences from neighbors */
433 <        dp = da;
434 <        for (i = 0; i < hp->nt; i++)
435 <                for (j = 0; j < hp->np; j++) {
436 < #ifdef  DEBUG
267 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
268 <                                error(CONSISTENCY,
269 <                                        "division order in comperrs");
270 < #endif
271 <                        b = bright(dp[0].v);
272 <                        if (i > 0) {            /* from above */
273 <                                b2 = bright(dp[-hp->np].v) - b;
274 <                                b2 *= b2 * 0.25;
275 <                                dp[0].k += b2;
276 <                                dp[-hp->np].k += b2;
277 <                        }
278 <                        if (j > 0) {            /* from behind */
279 <                                b2 = bright(dp[-1].v) - b;
280 <                                b2 *= b2 * 0.25;
281 <                                dp[0].k += b2;
282 <                                dp[-1].k += b2;
283 <                        } else {                /* around */
284 <                                b2 = bright(dp[hp->np-1].v) - b;
285 <                                b2 *= b2 * 0.25;
286 <                                dp[0].k += b2;
287 <                                dp[hp->np-1].k += b2;
288 <                        }
289 <                        dp++;
290 <                }
291 <                                /* divide by number of neighbors */
292 <        dp = da;
293 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* top row */
294 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
295 <        if (hp->nt < 2)
296 <                return;
297 <        for (i = 1; i < hp->nt-1; i++)          /* central region */
298 <                for (j = 0; j < hp->np; j++)
299 <                        (dp++)->k *= 0.25;
300 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* bottom row */
301 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
429 >        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
430 >                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
431 >                        return(hp->sa[n1].v[0]);
432 >                return(hp->sa[n3].v[0]);
433 >        }
434 >        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
435 >                return(hp->sa[n2].v[0]);
436 >        return(hp->sa[n3].v[0]);
437   }
438  
439  
440 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
441 < FVECT  gv;
442 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
308 < AMBHEMI  *hp;
440 > /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
441 > static void
442 > comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
443   {
444 <        register int  i, j;
445 <        double  b, d;
312 <        double  mag0, mag1;
313 <        double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
314 <        register AMBSAMP  *dp;
444 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
445 >        int     ii;
446  
447 <        xd = yd = 0.0;
448 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
449 <                dp = da + j;
450 <                mag0 = mag1 = 0.0;
451 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
452 < #ifdef  DEBUG
453 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
454 <                                error(CONSISTENCY,
455 <                                        "division order in posgradient");
456 < #endif
457 <                        b = bright(dp->v);
458 <                        if (i > 0) {
459 <                                d = dp[-hp->np].r;
460 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
461 <                                d *= 1.0 - sqrt((double)i/hp->nt);
462 <                                mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
463 <                        }
464 <                        if (j > 0) {
465 <                                d = dp[-1].r;
466 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
467 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[-1].v));
468 <                        } else {
469 <                                d = dp[hp->np-1].r;
470 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
471 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[hp->np-1].v));
472 <                        }
473 <                        dp += hp->np;
447 >        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
448 >        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
449 >        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
450 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
451 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
452 >        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
453 >        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
454 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
455 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
456 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
457 >                        sqrt( rdot_cp );
458 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
459 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
460 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
461 >        for (ii = 3; ii--; )
462 >                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
463 > }
464 >
465 >
466 > /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
467 > static void
468 > compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
469 > {
470 >        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
471 >        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
472 >        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
473 >        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
474 >        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
475 >        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
476 > }
477 >
478 >
479 > /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
480 > static void
481 > comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
482 > {
483 >        FVECT   ncp;
484 >        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
485 >        double  d1, d2, d3, d4;
486 >        double  I3, J3, K3;
487 >        int     i, j;
488 >                                        /* compute intermediate coefficients */
489 >        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
490 >        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
491 >        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
492 >        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
493 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
494 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
495 >        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
496 >        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
497 >                                        /* intermediate matrices */
498 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
499 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
500 >        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
501 >        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
502 >        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
503 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
504 >        d2 = -d1*ftp->I2;
505 >        d1 *= 2.0;
506 >        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
507 >            for (j = 3; j--; ) {
508 >                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
509 >                                                2.0*J3*m4[i][j] );
510 >                hess[i][j] += d2*(i==j);
511 >                hess[i][j] *= -1.0/PI;
512 >            }
513 > }
514 >
515 >
516 > /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
517 > static void
518 > rev_hessian(FVECT hess[3])
519 > {
520 >        int     i;
521 >
522 >        for (i = 3; i--; ) {
523 >                hess[i][0] = -hess[i][0];
524 >                hess[i][1] = -hess[i][1];
525 >                hess[i][2] = -hess[i][2];
526 >        }
527 > }
528 >
529 >
530 > /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
531 > static void
532 > add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
533 >                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
534 > {
535 >        int     i, j;
536 >
537 >        for (i = 3; i--; )
538 >            for (j = 3; j--; )
539 >                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
540 > }
541 >
542 >
543 > /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
544 > static void
545 > comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
546 > {
547 >        FVECT   ncp;
548 >        double  f1;
549 >        int     i;
550 >
551 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
552 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
553 >        for (i = 3; i--; )
554 >                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
555 > }
556 >
557 >
558 > /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
559 > static void
560 > rev_gradient(FVECT grad)
561 > {
562 >        grad[0] = -grad[0];
563 >        grad[1] = -grad[1];
564 >        grad[2] = -grad[2];
565 > }
566 >
567 >
568 > /* Add to displacement gradient from the given triangle */
569 > static void
570 > add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
571 > {
572 >        int     i;
573 >
574 >        for (i = 3; i--; )
575 >                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
576 > }
577 >
578 >
579 > /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
580 > static void
581 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
582 > {
583 >        double  hess2[2][2];
584 >        FVECT   a, b;
585 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
586 >        int     i;
587 >                                        /* project Hessian to sample plane */
588 >        for (i = 3; i--; ) {
589 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
590 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
591 >        }
592 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
593 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
594 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
595 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
596 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
597 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
598 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
599 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
600 >                evalue[1] = evalue[0];
601 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
602 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
603 >                ra[0] = ra[1] = maxarad;
604 >                return;
605 >        }
606 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
607 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
608 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
609 >                slope1 = evalue[1];
610 >        } else {
611 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
612 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
613 >                slope1 = evalue[0];
614 >        }
615 >                                        /* compute unit eigenvectors */
616 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
617 >                return;                 /* uv OK as is */
618 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
619 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
620 >        for (i = 3; i--; ) {
621 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
622 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
623 >        }
624 >        VCOPY(uv[0], a);
625 >        VCOPY(uv[1], b);
626 > }
627 >
628 >
629 > static void
630 > ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
631 >        AMBHEMI *hp,
632 >        FVECT   uv[2],                  /* returned */
633 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
634 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
635 > )
636 > {
637 >        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
638 >        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
639 >        FVECT           *gradrow = NULL;
640 >        FVECT           hessian[3];
641 >        FVECT           gradient;
642 >        FFTRI           fftr;
643 >        int             i, j;
644 >                                        /* be sure to assign unit vectors */
645 >        VCOPY(uv[0], hp->ux);
646 >        VCOPY(uv[1], hp->uy);
647 >                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
648 >        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
649 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
650 >                if (hessrow == NULL)
651 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
652 >                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
653 >        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
654 >                return;
655 >        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
656 >                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
657 >                if (gradrow == NULL)
658 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
659 >                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
660 >        }
661 >                                        /* compute first row of edges */
662 >        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
663 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
664 >                if (hessrow != NULL)
665 >                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->onrm);
666 >                if (gradrow != NULL)
667 >                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->onrm);
668 >        }
669 >                                        /* sum each row of triangles */
670 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
671 >            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
672 >            FVECT       gradcol;
673 >            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
674 >            if (hessrow != NULL)
675 >                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->onrm);
676 >            if (gradrow != NULL)
677 >                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->onrm);
678 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
679 >                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
680 >                FVECT   graddia;
681 >                double  backg;
682 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
683 >                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
684 >                                        /* diagonal (inner) edge */
685 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
686 >                if (hessrow != NULL) {
687 >                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->onrm);
688 >                    rev_hessian(hesscol);
689 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
690                  }
691 <                if (hp->nt > 1) {
692 <                        mag0 /= (double)hp->np;
693 <                        mag1 /= (double)hp->nt;
691 >                if (gradrow != NULL) {
692 >                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->onrm);
693 >                    rev_gradient(gradcol);
694 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
695                  }
696 <                phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
697 <                cosp = cos(phi); sinp = sin(phi);
698 <                xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
699 <                yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
696 >                                        /* initialize edge in next row */
697 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
698 >                if (hessrow != NULL)
699 >                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->onrm);
700 >                if (gradrow != NULL)
701 >                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->onrm);
702 >                                        /* new column edge & paired triangle */
703 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
704 >                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
705 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
706 >                if (hessrow != NULL) {
707 >                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->onrm);
708 >                    rev_hessian(hessdia);
709 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
710 >                    if (i < hp->ns-2)
711 >                        rev_hessian(hessrow[j]);
712 >                }
713 >                if (gradrow != NULL) {
714 >                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->onrm);
715 >                    rev_gradient(graddia);
716 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
717 >                    if (i < hp->ns-2)
718 >                        rev_gradient(gradrow[j]);
719 >                }
720 >            }
721          }
722 <        for (i = 0; i < 3; i++)
723 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/PI;
722 >                                        /* release row buffers */
723 >        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
724 >        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
725 >        
726 >        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
727 >                eigenvectors(uv, ra, hessian);
728 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
729 >                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
730 >                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
731 >        }
732   }
733  
734  
735 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
736 < FVECT  gv;
737 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
361 < AMBHEMI  *hp;
735 > /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
736 > static void
737 > ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
738   {
739 <        register int  i, j;
740 <        double  mag;
741 <        double  phi, xd, yd;
742 <        register AMBSAMP  *dp;
739 >        AMBSAMP *ap;
740 >        double  dgsum[2];
741 >        int     n;
742 >        FVECT   vd;
743 >        double  gfact;
744  
745 <        xd = yd = 0.0;
746 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
747 <                dp = da + j;
748 <                mag = 0.0;
749 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
750 < #ifdef  DEBUG
751 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
752 <                                error(CONSISTENCY,
753 <                                        "division order in dirgradient");
754 < #endif
755 <                        mag += sqrt((i+.5)/hp->nt)*bright(dp->v);
756 <                        dp += hp->np;
745 >        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
746 >        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
747 >                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
748 >                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
749 >                                        /* brightness over cosine factor */
750 >                gfact = ap->v[0] / DOT(hp->onrm, vd);
751 >                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
752 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
753 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
754 >        }
755 >        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
756 >        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
757 > }
758 >
759 >
760 > /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
761 > static uint32
762 > ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
763 > {
764 >        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
765 >        const double    ang_res = 0.5*PI/hp->ns;
766 >        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + 1.01);
767 >        double          avg_d = 0;
768 >        uint32          flgs = 0;
769 >        FVECT           vec;
770 >        double          u, v;
771 >        double          ang, a1;
772 >        int             i, j;
773 >                                        /* don't bother for a few samples */
774 >        if (hp->ns < 8)
775 >                return(0);
776 >                                        /* check distances overhead */
777 >        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
778 >            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
779 >                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
780 >        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
781 >        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
782 >                return(0);
783 >        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
784 >                return(0);
785 >                                        /* else circle around perimeter */
786 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
787 >            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
788 >                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
789 >                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
790 >                        continue;       /* too far or too near */
791 >                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
792 >                u = DOT(vec, uv[0]);
793 >                v = DOT(vec, uv[1]);
794 >                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
795 >                        continue;       /* occluder outside ellipse */
796 >                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
797 >                for (a1 = ang-ang_res; a1 <= ang+ang_res; a1 += ang_step)
798 >                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
799 >            }
800 >        return(flgs);
801 > }
802 >
803 >
804 > int
805 > doambient(                              /* compute ambient component */
806 >        SCOLOR  rcol,                   /* input/output color */
807 >        RAY     *r,
808 >        double  wt,                     /* negative for back side */
809 >        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
810 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
811 >        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
812 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
813 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
814 > )
815 > {
816 >        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
817 >        FVECT   my_uv[2];
818 >        double  d, K;
819 >        AMBSAMP *ap;
820 >        int     i;
821 >                                        /* clear return values */
822 >        if (uv != NULL)
823 >                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
824 >        if (ra != NULL)
825 >                ra[0] = ra[1] = 0.0;
826 >        if (pg != NULL)
827 >                pg[0] = pg[1] = 0.0;
828 >        if (dg != NULL)
829 >                dg[0] = dg[1] = 0.0;
830 >        if (crlp != NULL)
831 >                *crlp = 0;
832 >        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
833 >                return(0);
834 >
835 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
836 >                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < MINADIV)) {
837 >                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
838 >                return(-1);             /* value-only return value */
839 >        }
840 >        if ((d = scolor_mean(rcol)) > FTINY) {
841 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;     /* normalize avg. values */
842 >                K = 0.01;
843 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
844 >                K = 1.0;
845 >                pg = NULL;
846 >                dg = NULL;
847 >                crlp = NULL;
848 >        }
849 >        ap = hp->sa;                    /* single channel from here on... */
850 >        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
851 >                ap->v[0] = scolor_mean(ap->v)*d + K;
852 >
853 >        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
854 >                uv = my_uv;
855 >                                        /* compute radii & pos. gradient */
856 >        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
857 >
858 >        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
859 >                ambdirgrad(hp, uv, dg);
860 >
861 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
862 >                if (pg != NULL) {
863 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
864 >                                ra[0] = 1.0/d;
865 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
866 >                                ra[1] = 1.0/d;
867 >                        if (ra[0] > ra[1])
868 >                                ra[0] = ra[1];
869                  }
870 <                phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
871 <                xd += mag * cos(phi);
872 <                yd += mag * sin(phi);
870 >                if (ra[0] < minarad) {
871 >                        ra[0] = minarad;
872 >                        if (ra[1] < minarad)
873 >                                ra[1] = minarad;
874 >                }
875 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(fabs(wt));
876 >                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
877 >                        ra[1] = 2.0*ra[0];
878 >                if (ra[1] > maxarad) {
879 >                        ra[1] = maxarad;
880 >                        if (ra[0] > maxarad)
881 >                                ra[0] = maxarad;
882 >                }
883 >                                        /* flag encroached directions */
884 >                if (crlp != NULL)       /* XXX doesn't update with changes to ambacc */
885 >                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
886 >                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
887 >                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
888 >                        if (d > 1.0) {
889 >                                d = 1.0/sqrt(d);
890 >                                pg[0] *= d;
891 >                                pg[1] *= d;
892 >                        }
893 >                }
894          }
895 <        for (i = 0; i < 3; i++)
896 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*PI/(hp->nt*hp->np);
895 >        free(hp);                       /* clean up and return */
896 >        return(1);
897   }

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