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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.11 by schorsch, Mon Jul 21 22:30:19 2003 UTC vs.
Revision 2.28 by greg, Sat Apr 19 19:20:47 2014 UTC

# Line 4 | Line 4 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
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 "copyright.h"
15  
16   #include  "ray.h"
13 –
17   #include  "ambient.h"
15 –
18   #include  "random.h"
19  
20 + #ifdef NEWAMB
21  
22 < static int
23 < ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
24 < AMBSAMP  *d1, *d2;
22 > extern void             SDsquare2disk(double ds[2], double seedx, double seedy);
23 >
24 > typedef struct {
25 >        RAY     *rp;            /* originating ray sample */
26 >        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis unit vectors */
27 >        int     ns;             /* number of samples per axis */
28 >        COLOR   acoef;          /* division contribution coefficient */
29 >        struct s_ambsamp {
30 >                COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
31 >                float   p[3];           /* intersection point */
32 >        } sa[1];                /* sample array (extends struct) */
33 > }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
34 >
35 > #define ambsamp(h,i,j)  (h)->sa[(i)*(h)->ns + (j)]
36 >
37 > typedef struct {
38 >        FVECT   r_i, r_i1, e_i;
39 >        double  nf, I1, I2, J2;
40 > } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
41 >
42 >
43 > static AMBHEMI *
44 > inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
45 >        COLOR   ac,
46 >        RAY     *r,
47 >        double  wt
48 > )
49   {
50 <        if (d1->k < d2->k)
51 <                return(1);
52 <        if (d1->k > d2->k)
53 <                return(-1);
54 <        return(0);
50 >        AMBHEMI *hp;
51 >        double  d;
52 >        int     n, i;
53 >                                        /* set number of divisions */
54 >        if (ambacc <= FTINY &&
55 >                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
56 >                wt = d;                 /* avoid ray termination */
57 >        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
58 >        i = 1 + 5*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
59 >        if (n < i)
60 >                n = i;
61 >                                        /* allocate sampling array */
62 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) +
63 >                                sizeof(struct s_ambsamp)*(n*n - 1));
64 >        if (hp == NULL)
65 >                return(NULL);
66 >        hp->rp = r;
67 >        hp->ns = n;
68 >                                        /* assign coefficient */
69 >        copycolor(hp->acoef, ac);
70 >        d = 1.0/(n*n);
71 >        scalecolor(hp->acoef, d);
72 >                                        /* make tangent plane axes */
73 >        hp->uy[0] = 0.1 - 0.2*frandom();
74 >        hp->uy[1] = 0.1 - 0.2*frandom();
75 >        hp->uy[2] = 0.1 - 0.2*frandom();
76 >        for (i = 0; i < 3; i++)
77 >                if (r->ron[i] < 0.6 && r->ron[i] > -0.6)
78 >                        break;
79 >        if (i >= 3)
80 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi()");
81 >        hp->uy[i] = 1.0;
82 >        VCROSS(hp->ux, hp->uy, r->ron);
83 >        normalize(hp->ux);
84 >        VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
85 >                                        /* we're ready to sample */
86 >        return(hp);
87   }
88  
89  
90 + static struct s_ambsamp *
91 + ambsample(                              /* sample an ambient direction */
92 +        AMBHEMI *hp,
93 +        int     i,
94 +        int     j
95 + )
96 + {
97 +        struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
98 +        RAY                     ar;
99 +        int                     hlist[3];
100 +        double                  spt[2], zd;
101 +        int                     ii;
102 +                                        /* ambient coefficient for weight */
103 +        if (ambacc > FTINY)
104 +                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
105 +        else
106 +                copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
107 +        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0) {
108 +                setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
109 +                VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
110 +                return(NULL);           /* no sample taken */
111 +        }
112 +        if (ambacc > FTINY) {
113 +                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
114 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
115 +        }
116 +                                        /* generate hemispherical sample */
117 +        SDsquare2disk(spt,      (i+.1+.8*frandom())/hp->ns,
118 +                                (j+.1+.8*frandom())/hp->ns );
119 +        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
120 +        for (ii = 3; ii--; )
121 +                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
122 +                                spt[1]*hp->uy[ii] +
123 +                                zd*hp->rp->ron[ii];
124 +        checknorm(ar.rdir);
125 +        dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
126 +        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
127 +        ndims--;
128 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
129 +        copycolor(ap->v, ar.rcol);
130 +        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
131 +                ar.rt = 20.0*maxarad;
132 +        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
133 +        return(ap);
134 + }
135 +
136 +
137 + /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
138 + static void
139 + comp_fftri(FFTRI *ftp, float ap0[3], float ap1[3], FVECT rop)
140 + {
141 +        FVECT   v1;
142 +        double  dot_e, dot_er, dot_r, dot_r1;
143 +
144 +        VSUB(ftp->r_i, ap0, rop);
145 +        VSUB(ftp->r_i1, ap1, rop);
146 +        VSUB(ftp->e_i, ap1, ap0);
147 +        VCROSS(v1, ftp->e_i, ftp->r_i);
148 +        ftp->nf = 1.0/DOT(v1,v1);
149 +        VCROSS(v1, ftp->r_i, ftp->r_i1);
150 +        ftp->I1 = sqrt(DOT(v1,v1)*ftp->nf);
151 +        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
152 +        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
153 +        dot_r = DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
154 +        dot_r1 = DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
155 +        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)/dot_r1 - dot_er/dot_r +
156 +                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*ftp->nf;
157 +        ftp->J2 =  0.25*ftp->nf*( 1.0/dot_r - 1.0/dot_r1 ) -
158 +                        dot_er/dot_e*ftp->I2;
159 + }
160 +
161 +
162 + /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
163 + static void
164 + compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
165 + {
166 +        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
167 +        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
168 +        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
169 +        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
170 +        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
171 +        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
172 + }
173 +
174 +
175 + /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
176 + static void
177 + comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
178 + {
179 +        FVECT   v1, v2;
180 +        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
181 +        double  d1, d2, d3, d4;
182 +        double  I3, J3, K3;
183 +        int     i, j;
184 +                                        /* compute intermediate coefficients */
185 +        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
186 +        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
187 +        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
188 +        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
189 +        I3 = 0.25*ftp->nf*( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 +
190 +                                3.0*d3*ftp->I2 );
191 +        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
192 +        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
193 +                                        /* intermediate matrices */
194 +        VCROSS(v1, nrm, ftp->e_i);
195 +        for (j = 3; j--; )
196 +                v2[j] = ftp->I2*ftp->r_i[j] + ftp->J2*ftp->e_i[j];
197 +        compose_matrix(m1, v1, v2);
198 +        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
199 +        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
200 +        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
201 +        VCROSS(v1, ftp->r_i, ftp->e_i);
202 +        d1 = DOT(nrm, v1);
203 +        d2 = -d1*ftp->I2;
204 +        d1 *= 2.0;
205 +        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
206 +            for (j = 3; j--; ) {
207 +                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
208 +                                                2.0*J3*m4[i][j] );
209 +                hess[i][j] += d2*(i==j);
210 +                hess[i][j] *= -1.0/PI;
211 +            }
212 + }
213 +
214 +
215 + /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
216 + static void
217 + rev_hessian(FVECT hess[3])
218 + {
219 +        int     i;
220 +
221 +        for (i = 3; i--; ) {
222 +                hess[i][0] = -hess[i][0];
223 +                hess[i][1] = -hess[i][1];
224 +                hess[i][2] = -hess[i][2];
225 +        }
226 + }
227 +
228 +
229 + /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
230 + static void
231 + add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
232 +                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], COLORV v)
233 + {
234 +        int     i, j;
235 +
236 +        for (i = 3; i--; )
237 +            for (j = 3; j--; )
238 +                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
239 + }
240 +
241 +
242 + /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
243 + static void
244 + comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
245 + {
246 +        FVECT   vcp;
247 +        double  f1;
248 +        int     i;
249 +
250 +        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
251 +        f1 = 2.0*DOT(nrm, vcp);
252 +        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
253 +        for (i = 3; i--; )
254 +                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*vcp[i] +
255 +                            f1*(ftp->I2*ftp->r_i[i] + ftp->J2*ftp->e_i[i]) );
256 + }
257 +
258 +
259 + /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
260 + static void
261 + rev_gradient(FVECT grad)
262 + {
263 +        grad[0] = -grad[0];
264 +        grad[1] = -grad[1];
265 +        grad[2] = -grad[2];
266 + }
267 +
268 +
269 + /* Add to displacement gradient from the given triangle */
270 + static void
271 + add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, COLORV v)
272 + {
273 +        int     i;
274 +
275 +        for (i = 3; i--; )
276 +                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
277 + }
278 +
279 +
280 + /* Return brightness of furthest ambient sample */
281 + static COLORV
282 + back_ambval(struct s_ambsamp *ap1, struct s_ambsamp *ap2,
283 +                struct s_ambsamp *ap3, FVECT orig)
284 + {
285 +        COLORV  vback;
286 +        FVECT   vec;
287 +        double  d2, d2best;
288 +
289 +        VSUB(vec, ap1->p, orig);
290 +        d2best = DOT(vec,vec);
291 +        vback = ap1->v[CIEY];
292 +        VSUB(vec, ap2->p, orig);
293 +        d2 = DOT(vec,vec);
294 +        if (d2 > d2best) {
295 +                d2best = d2;
296 +                vback = ap2->v[CIEY];
297 +        }
298 +        VSUB(vec, ap3->p, orig);
299 +        d2 = DOT(vec,vec);
300 +        if (d2 > d2best)
301 +                return(ap3->v[CIEY]);
302 +        return(vback);
303 + }
304 +
305 +
306 + /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
307   static int
308 < ambnorm(d1, d2)                         /* standard order */
33 < AMBSAMP  *d1, *d2;
308 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
309   {
310 <        register int  c;
310 >        double  hess2[2][2];
311 >        FVECT   a, b;
312 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
313 >        int     i;
314 >                                        /* project Hessian to sample plane */
315 >        for (i = 3; i--; ) {
316 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
317 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
318 >        }
319 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
320 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
321 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
322 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
323 >                                        /* compute eigenvalues */
324 >        if ( quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
325 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]) != 2 ||
326 >                        (evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY ||
327 >                        (evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY )
328 >                error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
329  
330 <        if (c = d1->t - d2->t)
331 <                return(c);
332 <        return(d1->p - d2->p);
330 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
331 >                ra[0] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[0]));
332 >                ra[1] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[1]));
333 >                slope1 = evalue[1];
334 >        } else {
335 >                ra[0] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[1]));
336 >                ra[1] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[0]));
337 >                slope1 = evalue[0];
338 >        }
339 >                                        /* compute unit eigenvectors */
340 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
341 >                return;                 /* uv OK as is */
342 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
343 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
344 >        for (i = 3; i--; ) {
345 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
346 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
347 >        }
348 >        VCOPY(uv[0], a);
349 >        VCOPY(uv[1], b);
350   }
351  
352  
353 + static void
354 + ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
355 +        AMBHEMI *hp,
356 +        FVECT   uv[2],                  /* returned */
357 +        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
358 +        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
359 + )
360 + {
361 +        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
362 +        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
363 +        FVECT           *gradrow = NULL;
364 +        FVECT           hessian[3];
365 +        FVECT           gradient;
366 +        FFTRI           fftr;
367 +        int             i, j;
368 +                                        /* be sure to assign unit vectors */
369 +        VCOPY(uv[0], hp->ux);
370 +        VCOPY(uv[1], hp->uy);
371 +                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
372 +        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
373 +                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
374 +                if (hessrow == NULL)
375 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
376 +                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
377 +        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
378 +                return;
379 +        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
380 +                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
381 +                if (gradrow == NULL)
382 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
383 +                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
384 +        }
385 +                                        /* compute first row of edges */
386 +        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
387 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,0,j).p,
388 +                                ambsamp(hp,0,j+1).p, hp->rp->rop);
389 +                if (hessrow != NULL)
390 +                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
391 +                if (gradrow != NULL)
392 +                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
393 +        }
394 +                                        /* sum each row of triangles */
395 +        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
396 +            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
397 +            FVECT       gradcol;
398 +            comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,0).p,
399 +                        ambsamp(hp,i+1,0).p, hp->rp->rop);
400 +            if (hessrow != NULL)
401 +                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
402 +            if (gradrow != NULL)
403 +                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
404 +            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
405 +                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
406 +                FVECT   graddia;
407 +                COLORV  backg;
408 +                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j), &ambsamp(hp,i,j+1),
409 +                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
410 +                                        /* diagonal (inner) edge */
411 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p,
412 +                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
413 +                if (hessrow != NULL) {
414 +                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
415 +                    rev_hessian(hesscol);
416 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
417 +                }
418 +                if (gradient != NULL) {
419 +                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
420 +                    rev_gradient(gradcol);
421 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
422 +                }
423 +                                        /* initialize edge in next row */
424 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
425 +                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
426 +                if (hessrow != NULL)
427 +                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
428 +                if (gradrow != NULL)
429 +                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
430 +                                        /* new column edge & paired triangle */
431 +                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j+1), &ambsamp(hp,i+1,j+1),
432 +                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
433 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
434 +                                hp->rp->rop);
435 +                if (hessrow != NULL) {
436 +                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
437 +                    rev_hessian(hessdia);
438 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
439 +                    if (i < hp->ns-2)
440 +                        rev_hessian(hessrow[j]);
441 +                }
442 +                if (gradrow != NULL) {
443 +                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
444 +                    rev_gradient(graddia);
445 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
446 +                    if (i < hp->ns-2)
447 +                        rev_gradient(gradrow[j]);
448 +                }
449 +            }
450 +        }
451 +                                        /* release row buffers */
452 +        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
453 +        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
454 +        
455 +        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
456 +                eigenvectors(uv, ra, hessian);
457 +        if (pg != NULL) {               /* project position gradient */
458 +                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
459 +                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
460 +        }
461 + }
462 +
463 +
464 + /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
465 + static void
466 + ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
467 + {
468 +        struct s_ambsamp        *ap;
469 +        int                     n;
470 +        FVECT                   vd;
471 +        double                  gfact;
472 +
473 +        dg[0] = dg[1] = 0;
474 +        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
475 +                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
476 +                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
477 +                                        /* brightness with tangent factor */
478 +                gfact = ap->v[CIEY] / DOT(hp->rp->ron, vd);
479 +                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
480 +                dg[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
481 +                dg[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
482 +        }
483 + }
484 +
485 +
486   int
487 < divsample(dp, h, r)                     /* sample a division */
488 < register AMBSAMP  *dp;
489 < AMBHEMI  *h;
490 < RAY  *r;
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 +        d = 1.0 / cnt;                  /* final indirect irradiance/PI */
528 +        acol[0] *= d; acol[1] *= d; acol[2] *= d;
529 +        copycolor(rcol, acol);
530 +        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
531 +                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
532 +                free(hp);
533 +                return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
534 +        }
535 +        d = 0.01 * bright(rcol);        /* add in 1% before Hessian comp. */
536 +        if (d < FTINY) d = FTINY;
537 +        ap = hp->sa;                    /* using Y channel from here on... */
538 +        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
539 +                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v) + d;
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 +        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
546 +                ambdirgrad(hp, uv, dg);
547 +        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
548 +                d = sqrt(sqrt((4.0/PI)*bright(rcol)/wt));
549 +                ra[0] *= d;
550 +                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
551 +                        ra[1] = 2.0*ra[0];
552 +                if (ra[1] > maxarad) {
553 +                        ra[1] = maxarad;
554 +                        if (ra[0] > maxarad)
555 +                                ra[0] = maxarad;
556 +                }
557 +        }
558 +        free(hp);                       /* clean up and return */
559 +        return(1);
560 + }
561 +
562 +
563 + #else /* ! NEWAMB */
564 +
565 +
566 + void
567 + inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
568 +        AMBHEMI  *hp,
569 +        COLOR ac,
570 +        RAY  *r,
571 +        double  wt
572 + )
573 + {
574 +        double  d;
575 +        int  i;
576 +                                        /* set number of divisions */
577 +        if (ambacc <= FTINY &&
578 +                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
579 +                wt = d;                 /* avoid ray termination */
580 +        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
581 +        i = ambacc > FTINY ? 3 : 1;     /* minimum number of samples */
582 +        if (hp->nt < i)
583 +                hp->nt = i;
584 +        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
585 +                                        /* set number of super-samples */
586 +        hp->ns = ambssamp * wt + 0.5;
587 +                                        /* assign coefficient */
588 +        copycolor(hp->acoef, ac);
589 +        d = 1.0/(hp->nt*hp->np);
590 +        scalecolor(hp->acoef, d);
591 +                                        /* make axes */
592 +        VCOPY(hp->uz, r->ron);
593 +        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
594 +        for (i = 0; i < 3; i++)
595 +                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
596 +                        break;
597 +        if (i >= 3)
598 +                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
599 +        hp->uy[i] = 1.0;
600 +        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
601 +        normalize(hp->ux);
602 +        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
603 + }
604 +
605 +
606 + int
607 + divsample(                              /* sample a division */
608 +        AMBSAMP  *dp,
609 +        AMBHEMI  *h,
610 +        RAY  *r
611 + )
612 + {
613          RAY  ar;
614          int  hlist[3];
615          double  spt[2];
616          double  xd, yd, zd;
617          double  b2;
618          double  phi;
619 <        register int  i;
620 <
621 <        if (rayorigin(&ar, r, AMBIENT, AVGREFL) < 0)
619 >        int  i;
620 >                                        /* ambient coefficient for weight */
621 >        if (ambacc > FTINY)
622 >                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
623 >        else
624 >                copycolor(ar.rcoef, h->acoef);
625 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, r, ar.rcoef) < 0)
626                  return(-1);
627 +        if (ambacc > FTINY) {
628 +                multcolor(ar.rcoef, h->acoef);
629 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
630 +        }
631          hlist[0] = r->rno;
632          hlist[1] = dp->t;
633          hlist[2] = dp->p;
# Line 69 | Line 641 | RAY  *r;
641                  ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
642                                  yd*h->uy[i] +
643                                  zd*h->uz[i];
644 +        checknorm(ar.rdir);
645          dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
646          rayvalue(&ar);
647          ndims--;
648 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
649          addcolor(dp->v, ar.rcol);
650                                          /* use rt to improve gradient calc */
651          if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
# Line 87 | Line 661 | RAY  *r;
661   }
662  
663  
664 + static int
665 + ambcmp(                                 /* decreasing order */
666 +        const void *p1,
667 +        const void *p2
668 + )
669 + {
670 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
671 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
672 +
673 +        if (d1->k < d2->k)
674 +                return(1);
675 +        if (d1->k > d2->k)
676 +                return(-1);
677 +        return(0);
678 + }
679 +
680 +
681 + static int
682 + ambnorm(                                /* standard order */
683 +        const void *p1,
684 +        const void *p2
685 + )
686 + {
687 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
688 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
689 +        int     c;
690 +
691 +        if ( (c = d1->t - d2->t) )
692 +                return(c);
693 +        return(d1->p - d2->p);
694 + }
695 +
696 +
697   double
698 < doambient(acol, r, wt, pg, dg)          /* compute ambient component */
699 < COLOR  acol;
700 < RAY  *r;
701 < double  wt;
702 < FVECT  pg, dg;
698 > doambient(                              /* compute ambient component */
699 >        COLOR  rcol,
700 >        RAY  *r,
701 >        double  wt,
702 >        FVECT  pg,
703 >        FVECT  dg
704 > )
705   {
706 <        double  b, d;
706 >        double  b, d=0;
707          AMBHEMI  hemi;
708          AMBSAMP  *div;
709          AMBSAMP  dnew;
710 <        register AMBSAMP  *dp;
710 >        double  acol[3];
711 >        AMBSAMP  *dp;
712          double  arad;
713 <        int  ndivs, ns;
714 <        register int  i, j;
105 <                                        /* initialize color */
106 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
713 >        int  divcnt;
714 >        int  i, j;
715                                          /* initialize hemisphere */
716 <        inithemi(&hemi, r, wt);
717 <        ndivs = hemi.nt * hemi.np;
718 <        if (ndivs == 0)
716 >        inithemi(&hemi, rcol, r, wt);
717 >        divcnt = hemi.nt * hemi.np;
718 >                                        /* initialize */
719 >        if (pg != NULL)
720 >                pg[0] = pg[1] = pg[2] = 0.0;
721 >        if (dg != NULL)
722 >                dg[0] = dg[1] = dg[2] = 0.0;
723 >        setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
724 >        if (divcnt == 0)
725                  return(0.0);
726 <                                        /* set number of super-samples */
727 <        ns = ambssamp * wt + 0.5;
728 <        if (ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
115 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
726 >                                        /* allocate super-samples */
727 >        if (hemi.ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
728 >                div = (AMBSAMP *)malloc(divcnt*sizeof(AMBSAMP));
729                  if (div == NULL)
730                          error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
731          } else
732                  div = NULL;
733                                          /* sample the divisions */
734          arad = 0.0;
735 +        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
736          if ((dp = div) == NULL)
737                  dp = &dnew;
738 +        divcnt = 0;
739          for (i = 0; i < hemi.nt; i++)
740                  for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
741                          dp->t = i; dp->p = j;
742                          setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
743                          dp->r = 0.0;
744                          dp->n = 0;
745 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0)
746 <                                goto oopsy;
745 >                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0) {
746 >                                if (div != NULL)
747 >                                        dp++;
748 >                                continue;
749 >                        }
750                          arad += dp->r;
751 +                        divcnt++;
752                          if (div != NULL)
753                                  dp++;
754                          else
755                                  addcolor(acol, dp->v);
756                  }
757 <        if (ns > 0 && arad > FTINY && ndivs/arad < minarad)
758 <                ns = 0;                 /* close enough */
759 <        else if (ns > 0) {              /* else perform super-sampling */
757 >        if (!divcnt) {
758 >                if (div != NULL)
759 >                        free((void *)div);
760 >                return(0.0);            /* no samples taken */
761 >        }
762 >        if (divcnt < hemi.nt*hemi.np) {
763 >                pg = dg = NULL;         /* incomplete sampling */
764 >                hemi.ns = 0;
765 >        } else if (arad > FTINY && divcnt/arad < minarad) {
766 >                hemi.ns = 0;            /* close enough */
767 >        } else if (hemi.ns > 0) {       /* else perform super-sampling? */
768                  comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
769 <                qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);     /* sort divs */
769 >                qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);    /* sort divs */
770                                                  /* super-sample */
771 <                for (i = ns; i > 0; i--) {
771 >                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
772                          dnew = *div;
773 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
774 <                                goto oopsy;
775 <                                                        /* reinsert */
776 <                        dp = div;
777 <                        j = ndivs < i ? ndivs : i;
773 >                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0) {
774 >                                dp++;
775 >                                continue;
776 >                        }
777 >                        dp = div;               /* reinsert */
778 >                        j = divcnt < i ? divcnt : i;
779                          while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
780                                  *dp = *(dp+1);
781                                  dp++;
# Line 155 | Line 783 | FVECT  pg, dg;
783                          *dp = dnew;
784                  }
785                  if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
786 <                        qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
786 >                        qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
787          }
788                                          /* compute returned values */
789          if (div != NULL) {
790 <                arad = 0.0;
791 <                for (i = ndivs, dp = div; i-- > 0; dp++) {
790 >                arad = 0.0;             /* note: divcnt may be < nt*np */
791 >                for (i = hemi.nt*hemi.np, dp = div; i-- > 0; dp++) {
792                          arad += dp->r;
793                          if (dp->n > 1) {
794                                  b = 1.0/dp->n;
# Line 172 | Line 800 | FVECT  pg, dg;
800                  }
801                  b = bright(acol);
802                  if (b > FTINY) {
803 <                        b = ndivs/b;
803 >                        b = 1.0/b;      /* compute & normalize gradient(s) */
804                          if (pg != NULL) {
805                                  posgradient(pg, div, &hemi);
806                                  for (i = 0; i < 3; i++)
# Line 183 | Line 811 | FVECT  pg, dg;
811                                  for (i = 0; i < 3; i++)
812                                          dg[i] *= b;
813                          }
186 –                } else {
187 –                        if (pg != NULL)
188 –                                for (i = 0; i < 3; i++)
189 –                                        pg[i] = 0.0;
190 –                        if (dg != NULL)
191 –                                for (i = 0; i < 3; i++)
192 –                                        dg[i] = 0.0;
814                  }
815                  free((void *)div);
816          }
817 <        b = 1.0/ndivs;
197 <        scalecolor(acol, b);
817 >        copycolor(rcol, acol);
818          if (arad <= FTINY)
819                  arad = maxarad;
820          else
821 <                arad = (ndivs+ns)/arad;
821 >                arad = (divcnt+hemi.ns)/arad;
822          if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
823                  d = DOT(pg,pg);
824                  if (d*arad*arad > 1.0)
# Line 215 | Line 835 | FVECT  pg, dg;
835          if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
836                  arad = maxarad;
837          return(arad);
218 – oopsy:
219 –        if (div != NULL)
220 –                free((void *)div);
221 –        return(0.0);
838   }
839  
840  
841   void
842 < inithemi(hp, r, wt)             /* initialize sampling hemisphere */
843 < register AMBHEMI  *hp;
844 < RAY  *r;
845 < double  wt;
842 > comperrs(                       /* compute initial error estimates */
843 >        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
844 >        AMBHEMI  *hp
845 > )
846   {
231 –        register int  i;
232 –                                        /* set number of divisions */
233 –        if (wt < (.25*PI)/ambdiv+FTINY) {
234 –                hp->nt = hp->np = 0;
235 –                return;                 /* zero samples */
236 –        }
237 –        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
238 –        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
239 –                                        /* make axes */
240 –        VCOPY(hp->uz, r->ron);
241 –        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
242 –        for (i = 0; i < 3; i++)
243 –                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
244 –                        break;
245 –        if (i >= 3)
246 –                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
247 –        hp->uy[i] = 1.0;
248 –        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
249 –        normalize(hp->ux);
250 –        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
251 – }
252 –
253 –
254 – void
255 – comperrs(da, hp)                /* compute initial error estimates */
256 – AMBSAMP  *da;           /* assumes standard ordering */
257 – register AMBHEMI  *hp;
258 – {
847          double  b, b2;
848          int  i, j;
849 <        register AMBSAMP  *dp;
849 >        AMBSAMP  *dp;
850                                  /* sum differences from neighbors */
851          dp = da;
852          for (i = 0; i < hp->nt; i++)
# Line 303 | Line 891 | register AMBHEMI  *hp;
891  
892  
893   void
894 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
895 < FVECT  gv;
896 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
897 < register AMBHEMI  *hp;
894 > posgradient(                                    /* compute position gradient */
895 >        FVECT  gv,
896 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
897 >        AMBHEMI  *hp
898 > )
899   {
900 <        register int  i, j;
900 >        int  i, j;
901          double  nextsine, lastsine, b, d;
902          double  mag0, mag1;
903          double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
904 <        register AMBSAMP  *dp;
904 >        AMBSAMP  *dp;
905  
906          xd = yd = 0.0;
907          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
# Line 355 | Line 944 | register AMBHEMI  *hp;
944                  yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
945          }
946          for (i = 0; i < 3; i++)
947 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/PI;
947 >                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*(hp->nt*hp->np)/PI;
948   }
949  
950  
951   void
952 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
953 < FVECT  gv;
954 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
955 < register AMBHEMI  *hp;
952 > dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
953 >        FVECT  gv,
954 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
955 >        AMBHEMI  *hp
956 > )
957   {
958 <        register int  i, j;
958 >        int  i, j;
959          double  mag;
960          double  phi, xd, yd;
961 <        register AMBSAMP  *dp;
961 >        AMBSAMP  *dp;
962  
963          xd = yd = 0.0;
964          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
# Line 389 | Line 979 | register AMBHEMI  *hp;
979                  yd += mag * tsin(phi);
980          }
981          for (i = 0; i < 3; i++)
982 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/(hp->nt*hp->np);
982 >                gv[i] = xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i];
983   }
984 +
985 + #endif  /* ! NEWAMB */

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