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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.1 by greg, Tue Nov 12 17:10:29 1991 UTC vs.
Revision 2.37 by greg, Sat Apr 26 05:09:54 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 >                FVECT   p;              /* 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, rcp, rI2_eJ2;
39 +        double  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] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
74 >        for (i = 3; i--; )
75 >                if ((-0.6 < r->ron[i]) & (r->ron[i] < 0.6))
76 >                        break;
77 >        if (i < 0)
78 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
79 >        hp->uy[i] = 1.0;
80 >        VCROSS(hp->ux, hp->uy, r->ron);
81 >        normalize(hp->ux);
82 >        VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
83 >                                        /* we're ready to sample */
84 >        return(hp);
85   }
86  
87  
88 + static struct s_ambsamp *
89 + ambsample(                              /* sample an ambient direction */
90 +        AMBHEMI *hp,
91 +        int     i,
92 +        int     j
93 + )
94 + {
95 +        struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
96 +        RAY                     ar;
97 +        double                  spt[2], zd;
98 +        int                     ii;
99 +                                        /* ambient coefficient for weight */
100 +        if (ambacc > FTINY)
101 +                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
102 +        else
103 +                copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
104 +        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
105 +                goto badsample;
106 +        if (ambacc > FTINY) {
107 +                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
108 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
109 +        }
110 +                                        /* generate hemispherical sample */
111 +        SDsquare2disk(spt,      (i+.1+.8*frandom())/hp->ns,
112 +                                (j+.1+.8*frandom())/hp->ns );
113 +        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
114 +        for (ii = 3; ii--; )
115 +                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
116 +                                spt[1]*hp->uy[ii] +
117 +                                zd*hp->rp->ron[ii];
118 +        checknorm(ar.rdir);
119 +        dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
120 +        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
121 +        ndims--;
122 +                                        /* limit vertex distance */
123 +        if (ar.rt > 10.0*thescene.cusize)
124 +                ar.rt = 10.0*thescene.cusize;
125 +        else if (ar.rt <= FTINY)        /* should never happen! */
126 +                goto badsample;
127 +        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
128 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
129 +        copycolor(ap->v, ar.rcol);
130 +        return(ap);
131 + badsample:
132 +        setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
133 +        VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
134 +        return(NULL);
135 + }
136 +
137 +
138 + /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
139 + static void
140 + comp_fftri(FFTRI *ftp, FVECT ap0, FVECT ap1, FVECT rop)
141 + {
142 +        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_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(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
149 +        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
150 +        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
151 +        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
152 +        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
153 +        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
154 +        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
155 +                        sqrt( rdot_cp );
156 +        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
157 +                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
158 +        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
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   ncp;
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 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
192 +                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
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(ncp, nrm, ftp->e_i);
197 +        compose_matrix(m1, ncp, 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 +        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
202 +        d2 = -d1*ftp->I2;
203 +        d1 *= 2.0;
204 +        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
205 +            for (j = 3; j--; ) {
206 +                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
207 +                                                2.0*J3*m4[i][j] );
208 +                hess[i][j] += d2*(i==j);
209 +                hess[i][j] *= 1.0/PI;
210 +            }
211 + }
212 +
213 +
214 + /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
215 + static void
216 + rev_hessian(FVECT hess[3])
217 + {
218 +        int     i;
219 +
220 +        for (i = 3; i--; ) {
221 +                hess[i][0] = -hess[i][0];
222 +                hess[i][1] = -hess[i][1];
223 +                hess[i][2] = -hess[i][2];
224 +        }
225 + }
226 +
227 +
228 + /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
229 + static void
230 + add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
231 +                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], COLORV v)
232 + {
233 +        int     i, j;
234 +
235 +        for (i = 3; i--; )
236 +            for (j = 3; j--; )
237 +                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
238 + }
239 +
240 +
241 + /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
242 + static void
243 + comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
244 + {
245 +        FVECT   ncp;
246 +        double  f1;
247 +        int     i;
248 +
249 +        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
250 +        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
251 +        for (i = 3; i--; )
252 +                grad[i] = (-0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
253 + }
254 +
255 +
256 + /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
257 + static void
258 + rev_gradient(FVECT grad)
259 + {
260 +        grad[0] = -grad[0];
261 +        grad[1] = -grad[1];
262 +        grad[2] = -grad[2];
263 + }
264 +
265 +
266 + /* Add to displacement gradient from the given triangle */
267 + static void
268 + add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, COLORV v)
269 + {
270 +        int     i;
271 +
272 +        for (i = 3; i--; )
273 +                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
274 + }
275 +
276 +
277 + /* Return brightness of furthest ambient sample */
278 + static COLORV
279 + back_ambval(struct s_ambsamp *ap1, struct s_ambsamp *ap2,
280 +                struct s_ambsamp *ap3, FVECT orig)
281 + {
282 +        COLORV  vback;
283 +        FVECT   vec;
284 +        double  d2, d2best;
285 +
286 +        VSUB(vec, ap1->p, orig);
287 +        d2best = DOT(vec,vec);
288 +        vback = colval(ap1->v,CIEY);
289 +        VSUB(vec, ap2->p, orig);
290 +        d2 = DOT(vec,vec);
291 +        if (d2 > d2best) {
292 +                d2best = d2;
293 +                vback = colval(ap2->v,CIEY);
294 +        }
295 +        VSUB(vec, ap3->p, orig);
296 +        d2 = DOT(vec,vec);
297 +        if (d2 > d2best)
298 +                return(colval(ap3->v,CIEY));
299 +        return(vback);
300 + }
301 +
302 +
303 + /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
304   static int
305 < ambnorm(d1, d2)                         /* standard order */
47 < AMBSAMP  *d1, *d2;
305 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
306   {
307 <        register int  c;
307 >        double  hess2[2][2];
308 >        FVECT   a, b;
309 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
310 >        int     i;
311 >                                        /* project Hessian to sample plane */
312 >        for (i = 3; i--; ) {
313 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
314 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
315 >        }
316 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
317 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
318 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
319 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
320 >                                        /* compute eigenvalues */
321 >        if ( quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
322 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]) != 2 ||
323 >                        ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
324 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) )
325 >                error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
326  
327 <        if (c = d1->t - d2->t)
328 <                return(c);
329 <        return(d1->p - d2->p);
327 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
328 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
329 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
330 >                slope1 = evalue[1];
331 >        } else {
332 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
333 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
334 >                slope1 = evalue[0];
335 >        }
336 >                                        /* compute unit eigenvectors */
337 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
338 >                return;                 /* uv OK as is */
339 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
340 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
341 >        for (i = 3; i--; ) {
342 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
343 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
344 >        }
345 >        VCOPY(uv[0], a);
346 >        VCOPY(uv[1], b);
347   }
348  
349  
350 < divsample(dp, h, r)                     /* sample a division */
351 < register AMBSAMP  *dp;
352 < AMBHEMI  *h;
353 < RAY  *r;
350 > static void
351 > ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
352 >        AMBHEMI *hp,
353 >        FVECT   uv[2],                  /* returned */
354 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
355 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
356 > )
357   {
358 +        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
359 +        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
360 +        FVECT           *gradrow = NULL;
361 +        FVECT           hessian[3];
362 +        FVECT           gradient;
363 +        FFTRI           fftr;
364 +        int             i, j;
365 +                                        /* be sure to assign unit vectors */
366 +        VCOPY(uv[0], hp->ux);
367 +        VCOPY(uv[1], hp->uy);
368 +                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
369 +        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
370 +                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
371 +                if (hessrow == NULL)
372 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
373 +                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
374 +        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
375 +                return;
376 +        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
377 +                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
378 +                if (gradrow == NULL)
379 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
380 +                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
381 +        }
382 +                                        /* compute first row of edges */
383 +        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
384 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,0,j).p,
385 +                                ambsamp(hp,0,j+1).p, hp->rp->rop);
386 +                if (hessrow != NULL)
387 +                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
388 +                if (gradrow != NULL)
389 +                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
390 +        }
391 +                                        /* sum each row of triangles */
392 +        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
393 +            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
394 +            FVECT       gradcol;
395 +            comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,0).p,
396 +                        ambsamp(hp,i+1,0).p, hp->rp->rop);
397 +            if (hessrow != NULL)
398 +                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
399 +            if (gradrow != NULL)
400 +                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
401 +            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
402 +                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
403 +                FVECT   graddia;
404 +                COLORV  backg;
405 +                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j), &ambsamp(hp,i,j+1),
406 +                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
407 +                                        /* diagonal (inner) edge */
408 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p,
409 +                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
410 +                if (hessrow != NULL) {
411 +                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
412 +                    rev_hessian(hesscol);
413 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
414 +                }
415 +                if (gradient != NULL) {
416 +                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
417 +                    rev_gradient(gradcol);
418 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
419 +                }
420 +                                        /* initialize edge in next row */
421 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
422 +                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
423 +                if (hessrow != NULL)
424 +                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
425 +                if (gradrow != NULL)
426 +                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
427 +                                        /* new column edge & paired triangle */
428 +                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j+1), &ambsamp(hp,i+1,j+1),
429 +                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
430 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
431 +                                hp->rp->rop);
432 +                if (hessrow != NULL) {
433 +                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
434 +                    rev_hessian(hessdia);
435 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
436 +                    if (i < hp->ns-2)
437 +                        rev_hessian(hessrow[j]);
438 +                }
439 +                if (gradrow != NULL) {
440 +                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
441 +                    rev_gradient(graddia);
442 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
443 +                    if (i < hp->ns-2)
444 +                        rev_gradient(gradrow[j]);
445 +                }
446 +            }
447 +        }
448 +                                        /* release row buffers */
449 +        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
450 +        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
451 +        
452 +        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
453 +                eigenvectors(uv, ra, hessian);
454 +        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
455 +                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
456 +                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
457 +        }
458 + }
459 +
460 +
461 + /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
462 + static void
463 + ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
464 + {
465 +        struct s_ambsamp        *ap;
466 +        double                  dgsum[2];
467 +        int                     n;
468 +        FVECT                   vd;
469 +        double                  gfact;
470 +
471 +        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
472 +        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
473 +                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
474 +                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
475 +                                        /* brightness over cosine factor */
476 +                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
477 +                                        /* -sine = -proj_radius/vd_length */
478 +                dgsum[0] += DOT(uv[1], vd) * gfact;
479 +                dgsum[1] -= DOT(uv[0], vd) * gfact;
480 +        }
481 +        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
482 +        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
483 + }
484 +
485 +
486 + int
487 + doambient(                              /* compute ambient component */
488 +        COLOR   rcol,                   /* input/output color */
489 +        RAY     *r,
490 +        double  wt,
491 +        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
492 +        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
493 +        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
494 +        float   dg[2]                   /* returned (optional) */
495 + )
496 + {
497 +        AMBHEMI                 *hp = inithemi(rcol, r, wt);
498 +        int                     cnt = 0;
499 +        FVECT                   my_uv[2];
500 +        double                  d, acol[3];
501 +        struct s_ambsamp        *ap;
502 +        int                     i, j;
503 +                                        /* check/initialize */
504 +        if (hp == NULL)
505 +                return(0);
506 +        if (uv != NULL)
507 +                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
508 +        if (ra != NULL)
509 +                ra[0] = ra[1] = 0.0;
510 +        if (pg != NULL)
511 +                pg[0] = pg[1] = 0.0;
512 +        if (dg != NULL)
513 +                dg[0] = dg[1] = 0.0;
514 +                                        /* sample the hemisphere */
515 +        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
516 +        for (i = hp->ns; i--; )
517 +                for (j = hp->ns; j--; )
518 +                        if ((ap = ambsample(hp, i, j)) != NULL) {
519 +                                addcolor(acol, ap->v);
520 +                                ++cnt;
521 +                        }
522 +        if (!cnt) {
523 +                setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
524 +                free(hp);
525 +                return(0);              /* no valid samples */
526 +        }
527 +        copycolor(rcol, acol);          /* final indirect irradiance/PI */
528 +        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
529 +                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
530 +                free(hp);
531 +                return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
532 +        }
533 +        if (bright(acol) > FTINY)       /* normalize Y values */
534 +                d = cnt/bright(acol);
535 +        else
536 +                d = 0.0;
537 +        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
538 +        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
539 +                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + 0.01;
540 +
541 +        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
542 +                uv = my_uv;
543 +                                        /* compute radii & pos. gradient */
544 +        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
545 +
546 +        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
547 +                ambdirgrad(hp, uv, dg);
548 +
549 +        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
550 +                if (pg != NULL) {
551 +                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
552 +                                ra[0] = 1.0/d;
553 +                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
554 +                                ra[1] = 1.0/d;
555 +                        if (ra[0] > ra[1])
556 +                                ra[0] = ra[1];
557 +                }
558 +                if (ra[0] < minarad) {
559 +                        ra[0] = minarad;
560 +                        if (ra[1] < minarad)
561 +                                ra[1] = minarad;
562 +                }
563 +                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(sqrt(wt));
564 +                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
565 +                        ra[1] = 2.0*ra[0];
566 +                if (ra[1] > maxarad) {
567 +                        ra[1] = maxarad;
568 +                        if (ra[0] > maxarad)
569 +                                ra[0] = maxarad;
570 +                }
571 +                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
572 +                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
573 +                        if (d > 1.0) {
574 +                                d = 1.0/sqrt(d);
575 +                                pg[0] *= d;
576 +                                pg[1] *= d;
577 +                        }
578 +                }
579 +        }
580 +        free(hp);                       /* clean up and return */
581 +        return(1);
582 + }
583 +
584 +
585 + #else /* ! NEWAMB */
586 +
587 +
588 + void
589 + inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
590 +        AMBHEMI  *hp,
591 +        COLOR ac,
592 +        RAY  *r,
593 +        double  wt
594 + )
595 + {
596 +        double  d;
597 +        int  i;
598 +                                        /* set number of divisions */
599 +        if (ambacc <= FTINY &&
600 +                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
601 +                wt = d;                 /* avoid ray termination */
602 +        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
603 +        i = ambacc > FTINY ? 3 : 1;     /* minimum number of samples */
604 +        if (hp->nt < i)
605 +                hp->nt = i;
606 +        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
607 +                                        /* set number of super-samples */
608 +        hp->ns = ambssamp * wt + 0.5;
609 +                                        /* assign coefficient */
610 +        copycolor(hp->acoef, ac);
611 +        d = 1.0/(hp->nt*hp->np);
612 +        scalecolor(hp->acoef, d);
613 +                                        /* make axes */
614 +        VCOPY(hp->uz, r->ron);
615 +        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
616 +        for (i = 0; i < 3; i++)
617 +                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
618 +                        break;
619 +        if (i >= 3)
620 +                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
621 +        hp->uy[i] = 1.0;
622 +        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
623 +        normalize(hp->ux);
624 +        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
625 + }
626 +
627 +
628 + int
629 + divsample(                              /* sample a division */
630 +        AMBSAMP  *dp,
631 +        AMBHEMI  *h,
632 +        RAY  *r
633 + )
634 + {
635          RAY  ar;
636          int  hlist[3];
637          double  spt[2];
638          double  xd, yd, zd;
639          double  b2;
640          double  phi;
641 <        register int  i;
642 <
643 <        if (rayorigin(&ar, r, AMBIENT, AVGREFL) < 0)
641 >        int  i;
642 >                                        /* ambient coefficient for weight */
643 >        if (ambacc > FTINY)
644 >                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
645 >        else
646 >                copycolor(ar.rcoef, h->acoef);
647 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, r, ar.rcoef) < 0)
648                  return(-1);
649 +        if (ambacc > FTINY) {
650 +                multcolor(ar.rcoef, h->acoef);
651 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
652 +        }
653          hlist[0] = r->rno;
654          hlist[1] = dp->t;
655          hlist[2] = dp->p;
656          multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n));
657          zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
658          phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
659 <        xd = cos(phi) * zd;
660 <        yd = sin(phi) * zd;
659 >        xd = tcos(phi) * zd;
660 >        yd = tsin(phi) * zd;
661          zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
662          for (i = 0; i < 3; i++)
663                  ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
664                                  yd*h->uy[i] +
665                                  zd*h->uz[i];
666 +        checknorm(ar.rdir);
667          dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
668          rayvalue(&ar);
669          ndims--;
670 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
671          addcolor(dp->v, ar.rcol);
672 +                                        /* use rt to improve gradient calc */
673          if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
674                  dp->r += 1.0/ar.rt;
675                                          /* (re)initialize error */
# Line 99 | Line 683 | RAY  *r;
683   }
684  
685  
686 + static int
687 + ambcmp(                                 /* decreasing order */
688 +        const void *p1,
689 +        const void *p2
690 + )
691 + {
692 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
693 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
694 +
695 +        if (d1->k < d2->k)
696 +                return(1);
697 +        if (d1->k > d2->k)
698 +                return(-1);
699 +        return(0);
700 + }
701 +
702 +
703 + static int
704 + ambnorm(                                /* standard order */
705 +        const void *p1,
706 +        const void *p2
707 + )
708 + {
709 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
710 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
711 +        int     c;
712 +
713 +        if ( (c = d1->t - d2->t) )
714 +                return(c);
715 +        return(d1->p - d2->p);
716 + }
717 +
718 +
719   double
720 < doambient(acol, r, wt, pg, dg)          /* compute ambient component */
721 < COLOR  acol;
722 < RAY  *r;
723 < double  wt;
724 < FVECT  pg, dg;
720 > doambient(                              /* compute ambient component */
721 >        COLOR  rcol,
722 >        RAY  *r,
723 >        double  wt,
724 >        FVECT  pg,
725 >        FVECT  dg
726 > )
727   {
728 <        double  b, d;
728 >        double  b, d=0;
729          AMBHEMI  hemi;
730          AMBSAMP  *div;
731          AMBSAMP  dnew;
732 <        register AMBSAMP  *dp;
732 >        double  acol[3];
733 >        AMBSAMP  *dp;
734          double  arad;
735 <        int  ndivs, ns;
736 <        register int  i, j;
117 <                                        /* initialize color */
118 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
735 >        int  divcnt;
736 >        int  i, j;
737                                          /* initialize hemisphere */
738 <        inithemi(&hemi, r, wt);
739 <        ndivs = hemi.nt * hemi.np;
740 <        if (ndivs == 0)
738 >        inithemi(&hemi, rcol, r, wt);
739 >        divcnt = hemi.nt * hemi.np;
740 >                                        /* initialize */
741 >        if (pg != NULL)
742 >                pg[0] = pg[1] = pg[2] = 0.0;
743 >        if (dg != NULL)
744 >                dg[0] = dg[1] = dg[2] = 0.0;
745 >        setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
746 >        if (divcnt == 0)
747                  return(0.0);
748 <                                        /* set number of super-samples */
749 <        ns = ambssamp * wt + 0.5;
750 <        if (ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
127 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
748 >                                        /* allocate super-samples */
749 >        if (hemi.ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
750 >                div = (AMBSAMP *)malloc(divcnt*sizeof(AMBSAMP));
751                  if (div == NULL)
752                          error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
753          } else
754                  div = NULL;
755                                          /* sample the divisions */
756          arad = 0.0;
757 +        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
758          if ((dp = div) == NULL)
759                  dp = &dnew;
760 +        divcnt = 0;
761          for (i = 0; i < hemi.nt; i++)
762                  for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
763                          dp->t = i; dp->p = j;
764                          setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
765                          dp->r = 0.0;
766                          dp->n = 0;
767 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0)
768 <                                goto oopsy;
767 >                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0) {
768 >                                if (div != NULL)
769 >                                        dp++;
770 >                                continue;
771 >                        }
772 >                        arad += dp->r;
773 >                        divcnt++;
774                          if (div != NULL)
775                                  dp++;
776 <                        else {
776 >                        else
777                                  addcolor(acol, dp->v);
148 –                                arad += dp->r;
149 –                        }
778                  }
779 <        if (ns > 0) {                   /* perform super-sampling */
779 >        if (!divcnt) {
780 >                if (div != NULL)
781 >                        free((void *)div);
782 >                return(0.0);            /* no samples taken */
783 >        }
784 >        if (divcnt < hemi.nt*hemi.np) {
785 >                pg = dg = NULL;         /* incomplete sampling */
786 >                hemi.ns = 0;
787 >        } else if (arad > FTINY && divcnt/arad < minarad) {
788 >                hemi.ns = 0;            /* close enough */
789 >        } else if (hemi.ns > 0) {       /* else perform super-sampling? */
790                  comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
791 <                qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);     /* sort divs */
791 >                qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);    /* sort divs */
792                                                  /* super-sample */
793 <                for (i = ns; i > 0; i--) {
794 <                        copystruct(&dnew, div);
795 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
796 <                                goto oopsy;
797 <                                                        /* reinsert */
798 <                        dp = div;
799 <                        j = ndivs < i ? ndivs : i;
793 >                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
794 >                        dnew = *div;
795 >                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0) {
796 >                                dp++;
797 >                                continue;
798 >                        }
799 >                        dp = div;               /* reinsert */
800 >                        j = divcnt < i ? divcnt : i;
801                          while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
802 <                                copystruct(dp, dp+1);
802 >                                *dp = *(dp+1);
803                                  dp++;
804                          }
805 <                        copystruct(dp, &dnew);
805 >                        *dp = dnew;
806                  }
807                  if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
808 <                        qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
808 >                        qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
809          }
810                                          /* compute returned values */
811          if (div != NULL) {
812 <                for (i = ndivs, dp = div; i-- > 0; dp++) {
812 >                arad = 0.0;             /* note: divcnt may be < nt*np */
813 >                for (i = hemi.nt*hemi.np, dp = div; i-- > 0; dp++) {
814                          arad += dp->r;
815                          if (dp->n > 1) {
816                                  b = 1.0/dp->n;
# Line 182 | Line 822 | FVECT  pg, dg;
822                  }
823                  b = bright(acol);
824                  if (b > FTINY) {
825 <                        b = ndivs/b;
825 >                        b = 1.0/b;      /* compute & normalize gradient(s) */
826                          if (pg != NULL) {
827                                  posgradient(pg, div, &hemi);
828                                  for (i = 0; i < 3; i++)
# Line 193 | Line 833 | FVECT  pg, dg;
833                                  for (i = 0; i < 3; i++)
834                                          dg[i] *= b;
835                          }
196 –                } else {
197 –                        if (pg != NULL)
198 –                                for (i = 0; i < 3; i++)
199 –                                        pg[i] = 0.0;
200 –                        if (dg != NULL)
201 –                                for (i = 0; i < 3; i++)
202 –                                        dg[i] = 0.0;
836                  }
837 <                free((char *)div);
837 >                free((void *)div);
838          }
839 <        b = 1.0/ndivs;
207 <        scalecolor(acol, b);
839 >        copycolor(rcol, acol);
840          if (arad <= FTINY)
841                  arad = maxarad;
842 <        else {
843 <                arad = (ndivs+ns)/arad;
212 <                if (arad > maxarad)
213 <                        arad = maxarad;
214 <        }
842 >        else
843 >                arad = (divcnt+hemi.ns)/arad;
844          if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
845                  d = DOT(pg,pg);
846                  if (d*arad*arad > 1.0)
# Line 225 | Line 854 | FVECT  pg, dg;
854                                  pg[i] *= d;
855                  }
856          }
857 <        return(arad/sqrt(wt));
858 < oopsy:
859 <        if (div != NULL)
231 <                free((char *)div);
232 <        return(0.0);
857 >        if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
858 >                arad = maxarad;
859 >        return(arad);
860   }
861  
862  
863 < inithemi(hp, r, wt)             /* initialize sampling hemisphere */
864 < register AMBHEMI  *hp;
865 < RAY  *r;
866 < double  wt;
863 > void
864 > comperrs(                       /* compute initial error estimates */
865 >        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
866 >        AMBHEMI  *hp
867 > )
868   {
241 –        register int  i;
242 –                                        /* set number of divisions */
243 –        if (wt < (.25*PI)/ambdiv+FTINY) {
244 –                hp->nt = hp->np = 0;
245 –                return;                 /* zero samples */
246 –        }
247 –        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
248 –        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
249 –                                        /* make axes */
250 –        VCOPY(hp->uz, r->ron);
251 –        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
252 –        for (i = 0; i < 3; i++)
253 –                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
254 –                        break;
255 –        if (i >= 3)
256 –                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
257 –        hp->uy[i] = 1.0;
258 –        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
259 –        normalize(hp->ux);
260 –        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
261 – }
262 –
263 –
264 – comperrs(da, hp)                /* compute initial error estimates */
265 – AMBSAMP  *da;           /* assumes standard ordering */
266 – register AMBHEMI  *hp;
267 – {
869          double  b, b2;
870          int  i, j;
871 <        register AMBSAMP  *dp;
871 >        AMBSAMP  *dp;
872                                  /* sum differences from neighbors */
873          dp = da;
874          for (i = 0; i < hp->nt; i++)
# Line 311 | Line 912 | register AMBHEMI  *hp;
912   }
913  
914  
915 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
916 < FVECT  gv;
917 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
918 < AMBHEMI  *hp;
915 > void
916 > posgradient(                                    /* compute position gradient */
917 >        FVECT  gv,
918 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
919 >        AMBHEMI  *hp
920 > )
921   {
922 <        register int  i, j;
923 <        double  b, d;
922 >        int  i, j;
923 >        double  nextsine, lastsine, b, d;
924          double  mag0, mag1;
925          double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
926 <        register AMBSAMP  *dp;
926 >        AMBSAMP  *dp;
927  
928          xd = yd = 0.0;
929          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
930                  dp = da + j;
931                  mag0 = mag1 = 0.0;
932 +                lastsine = 0.0;
933                  for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
934   #ifdef  DEBUG
935                          if (dp->t != i || dp->p != j)
# Line 336 | Line 940 | AMBHEMI  *hp;
940                          if (i > 0) {
941                                  d = dp[-hp->np].r;
942                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
943 <                                d *= 1.0 - (double)i/hp->nt;    /* cos(t)^2 */
943 >                                                        /* sin(t)*cos(t)^2 */
944 >                                d *= lastsine * (1.0 - (double)i/hp->nt);
945                                  mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
946                          }
947 +                        nextsine = sqrt((double)(i+1)/hp->nt);
948                          if (j > 0) {
949                                  d = dp[-1].r;
950                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
951 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[-1].v));
951 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
952 >                                                (b - bright(dp[-1].v));
953                          } else {
954                                  d = dp[hp->np-1].r;
955                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
956 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[hp->np-1].v));
956 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
957 >                                                (b - bright(dp[hp->np-1].v));
958                          }
959                          dp += hp->np;
960 +                        lastsine = nextsine;
961                  }
962 <                if (hp->nt > 1) {
354 <                        mag0 /= (double)hp->np;
355 <                        mag1 /= (double)hp->nt;
356 <                }
962 >                mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
963                  phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
964 <                cosp = cos(phi); sinp = sin(phi);
964 >                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
965                  xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
966                  yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
967          }
968          for (i = 0; i < 3; i++)
969 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/PI;
969 >                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*(hp->nt*hp->np)/PI;
970   }
971  
972  
973 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
974 < FVECT  gv;
975 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
976 < AMBHEMI  *hp;
973 > void
974 > dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
975 >        FVECT  gv,
976 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
977 >        AMBHEMI  *hp
978 > )
979   {
980 <        register int  i, j;
980 >        int  i, j;
981          double  mag;
982          double  phi, xd, yd;
983 <        register AMBSAMP  *dp;
983 >        AMBSAMP  *dp;
984  
985          xd = yd = 0.0;
986          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
# Line 384 | Line 992 | AMBHEMI  *hp;
992                                  error(CONSISTENCY,
993                                          "division order in dirgradient");
994   #endif
995 <                        mag += sqrt((i+.5)/hp->nt)*bright(dp->v);  /* sin(t) */
995 >                                                        /* tan(t) */
996 >                        mag += bright(dp->v)/sqrt(hp->nt/(i+.5) - 1.0);
997                          dp += hp->np;
998                  }
999                  phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
1000 <                xd += mag * cos(phi);
1001 <                yd += mag * sin(phi);
1000 >                xd += mag * tcos(phi);
1001 >                yd += mag * tsin(phi);
1002          }
1003          for (i = 0; i < 3; i++)
1004 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*PI/(hp->nt*hp->np);
1004 >                gv[i] = xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i];
1005   }
1006 +
1007 + #endif  /* ! NEWAMB */

Diff Legend

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+ Added lines
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> Changed lines