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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.25 by greg, Fri Apr 11 20:31:37 2014 UTC vs.
Revision 2.99 by greg, Sun Apr 27 20:20:01 2025 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 + *  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  
# Line 13 | Line 21 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
21   #include  "ambient.h"
22   #include  "random.h"
23  
24 < #ifdef NEWAMB
24 > #ifndef MINADIV
25 > #define MINADIV         7       /* minimum # divisions in each dimension */
26 > #endif
27 > #ifndef MINSDIST
28 > #define MINSDIST        0.25    /* def. min. spacing = 1/4th division */
29 > #endif
30  
31 < #else /* ! NEWAMB */
31 > typedef struct {
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 +        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 < void
50 < inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
51 <        AMBHEMI  *hp,
52 <        COLOR ac,
53 <        RAY  *r,
54 <        double  wt
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 > static int
59 > ambcollision(                           /* proposed direciton collides? */
60 >        AMBHEMI *hp,
61 >        int     i,
62 >        int     j,
63 >        FVECT   dv
64   )
65   {
66 <        double  d;
67 <        int  i;
68 <                                        /* set number of divisions */
69 <        if (ambacc <= FTINY &&
70 <                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
71 <                wt = d;                 /* avoid ray termination */
72 <        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
73 <        i = ambacc > FTINY ? 3 : 1;     /* minimum number of samples */
74 <        if (hp->nt < i)
75 <                hp->nt = i;
76 <        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
77 <                                        /* set number of super-samples */
78 <        hp->ns = ambssamp * wt + 0.5;
79 <                                        /* assign coefficient */
80 <        copycolor(hp->acoef, ac);
81 <        d = 1.0/(hp->nt*hp->np);
82 <        scalecolor(hp->acoef, d);
83 <                                        /* make axes */
84 <        VCOPY(hp->uz, r->ron);
85 <        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
86 <        for (i = 0; i < 3; i++)
87 <                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
66 >        double  cos_thresh;
67 >        int     ii, jj;
68 >
69 >        cos_thresh = (PI*MINSDIST)/(double)hp->ns;
70 >        cos_thresh = 1. - .5*cos_thresh*cos_thresh;
71 >                                        /* check existing neighbors */
72 >        for (ii = i-1; ii <= i+1; ii++) {
73 >                if (ii < 0) continue;
74 >                if (ii >= hp->ns) break;
75 >                for (jj = j-1; jj <= j+1; jj++) {
76 >                        AMBSAMP *ap;
77 >                        FVECT   avec;
78 >                        double  dprod;
79 >                        if (jj < 0) continue;
80 >                        if (jj >= hp->ns) break;
81 >                        if ((ii==i) & (jj==j)) continue;
82 >                        ap = &ambsam(hp,ii,jj);
83 >                        if (ap->d <= .5/FHUGE)
84 >                                continue;       /* no one home */
85 >                        VSUB(avec, ap->p, hp->rp->rop);
86 >                        dprod = DOT(avec, dv);
87 >                        if (dprod >= cos_thresh*VLEN(avec))
88 >                                return(1);      /* collision */
89 >                }
90 >        }
91 >        return(0);                      /* nothing to worry about */
92 > }
93 >
94 >
95 > #define XLOTSIZ         251             /* size of used car lot */
96 > #define CFIRST          0               /* first corner */
97 > #define COTHER          (CFIRST+4)      /* non-corner sample */
98 > #define CMAXTARGET      (int)(XLOTSIZ*MINSDIST/(1-MINSDIST))
99 > #define CXCOPY(d,s)     (excharr[d][0]=excharr[s][0], excharr[d][1]=excharr[s][1])
100 >
101 > static int
102 > psample_class(double ss[2])             /* classify patch sample */
103 > {
104 >        if (ss[0] < MINSDIST) {
105 >                if (ss[1] < MINSDIST)
106 >                        return(CFIRST);
107 >                if (ss[1] > 1.-MINSDIST)
108 >                        return(CFIRST+2);
109 >        } else if (ss[0] > 1.-MINSDIST) {
110 >                if (ss[1] < MINSDIST)
111 >                        return(CFIRST+1);
112 >                if (ss[1] > 1.-MINSDIST)
113 >                        return(CFIRST+3);
114 >        }
115 >        return(COTHER);                 /* not in a corner */
116 > }
117 >
118 > static void
119 > trade_patchsamp(double ss[2])           /* trade in problem patch position */
120 > {
121 >        static float    excharr[XLOTSIZ][2];
122 >        static short    gterm[COTHER+1];
123 >        double          srep[2];
124 >        int             sclass, rclass;
125 >        int             x;
126 >                                        /* reset on corner overload */
127 >        if (gterm[COTHER-1] >= (CMAXTARGET+XLOTSIZ)/2)
128 >                memset(gterm, 0, sizeof(gterm));
129 >                                        /* (re-)initialize? */
130 >        while (gterm[COTHER] < XLOTSIZ) {
131 >                excharr[gterm[COTHER]][0] = frandom();
132 >                excharr[gterm[COTHER]][1] = frandom();
133 >                ++gterm[COTHER];
134 >        }                               /* get trade-in candidate... */
135 >        sclass = psample_class(ss);     /* submitted corner or not? */
136 >        switch (sclass) {
137 >        case COTHER:                    /* trade mid-edge with corner/any */
138 >                x = irandom( gterm[COTHER-1] > CMAXTARGET
139 >                                ? gterm[COTHER-1] : XLOTSIZ );
140 >                break;
141 >        case CFIRST:                    /* kick out of first corner */
142 >                x = gterm[CFIRST] + irandom(XLOTSIZ - gterm[CFIRST]);
143 >                break;
144 >        default:                        /* kick out of 2nd-4th corner */
145 >                x = irandom(XLOTSIZ - (gterm[sclass] - gterm[sclass-1]));
146 >                x += (x >= gterm[sclass-1])*(gterm[sclass] - gterm[sclass-1]);
147 >                break;
148 >        }
149 >        srep[0] = excharr[x][0];        /* save selected trade output */
150 >        srep[1] = excharr[x][1];
151 >                                        /* adjust our lot groups */
152 >        for (rclass = CFIRST; rclass < COTHER; rclass++)
153 >                if (x < gterm[rclass])
154                          break;
155 <        if (i >= 3)
156 <                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
157 <        hp->uy[i] = 1.0;
158 <        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
159 <        normalize(hp->ux);
160 <        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
155 >        if (sclass < rclass) {          /* submitted group before replacement? */
156 >                CXCOPY(x, gterm[rclass-1]);
157 >                while (--rclass > sclass) {
158 >                        CXCOPY(gterm[rclass], gterm[rclass-1]);
159 >                        ++gterm[rclass];
160 >                }
161 >                x = gterm[sclass]++;
162 >        } else if (sclass > rclass) {   /* submitted group after replacement? */
163 >                --gterm[rclass];
164 >                CXCOPY(x, gterm[rclass]);
165 >                while (++rclass < sclass) {
166 >                        --gterm[rclass];
167 >                        CXCOPY(gterm[rclass-1], gterm[rclass]);
168 >                }
169 >                x = gterm[sclass-1];
170 >        }
171 >        excharr[x][0] = ss[0];          /* complete the transaction */
172 >        excharr[x][1] = ss[1];
173 >        ss[0] = srep[0];
174 >        ss[1] = srep[1];
175   }
176  
177 + #undef CXCOPY
178 + #undef XLOTSIZ
179 + #undef COTHER
180 + #undef CFIRST
181  
182 < int
183 < divsample(                              /* sample a division */
184 <        AMBSAMP  *dp,
185 <        AMBHEMI  *h,
186 <        RAY  *r
182 >
183 > static int
184 > ambsample(                              /* initial ambient division sample */
185 >        AMBHEMI *hp,
186 >        int     i,
187 >        int     j,
188 >        int     n
189   )
190   {
191 <        RAY  ar;
192 <        int  hlist[3];
193 <        double  spt[2];
194 <        double  xd, yd, zd;
195 <        double  b2;
196 <        double  phi;
197 <        int  i;
191 >        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
192 >        RAY     ar;
193 >        int     hlist[3], ii;
194 >        double  ss[2];
195 >        RREAL   spt[2];
196 >        double  zd;
197 >                                        /* generate hemispherical sample */
198                                          /* ambient coefficient for weight */
199          if (ambacc > FTINY)
200 <                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
200 >                setscolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
201          else
202 <                copycolor(ar.rcoef, h->acoef);
203 <        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, r, ar.rcoef) < 0)
204 <                return(-1);
202 >                copyscolor(ar.rcoef, hp->acoef);
203 >        if (rayorigin(&ar, hp->atyp, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
204 >                return(0);
205          if (ambacc > FTINY) {
206 <                multcolor(ar.rcoef, h->acoef);
207 <                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
206 >                smultscolor(ar.rcoef, hp->acoef);
207 >                scalescolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
208          }
209 <        hlist[0] = r->rno;
210 <        hlist[1] = dp->t;
211 <        hlist[2] = dp->p;
212 <        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n));
213 <        zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
214 <        phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
215 <        xd = tcos(phi) * zd;
216 <        yd = tsin(phi) * zd;
217 <        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
218 <        for (i = 0; i < 3; i++)
219 <                ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
97 <                                yd*h->uy[i] +
98 <                                zd*h->uz[i];
209 >        hlist[0] = hp->rp->rno;
210 >        hlist[1] = AI(hp,i,j);
211 >        hlist[2] = samplendx;
212 >        multisamp(ss, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
213 > patch_redo:
214 >        square2disk(spt, (j+ss[1])/hp->ns, (i+ss[0])/hp->ns);
215 >        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
216 >        for (ii = 3; ii--; )
217 >                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
218 >                                spt[1]*hp->uy[ii] +
219 >                                zd*hp->onrm[ii];
220          checknorm(ar.rdir);
221 <        dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
222 <        rayvalue(&ar);
221 >                                        /* avoid coincident samples */
222 >        if (!n & (hp->ns >= 4) && ambcollision(hp, i, j, ar.rdir)) {
223 >                trade_patchsamp(ss);
224 >                goto patch_redo;
225 >        }
226 >        dimlist[ndims++] = AI(hp,i,j) + 90171;
227 >        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
228          ndims--;
229 <        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
230 <        addcolor(dp->v, ar.rcol);
231 <                                        /* use rt to improve gradient calc */
232 <        if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
233 <                dp->r += 1.0/ar.rt;
234 <                                        /* (re)initialize error */
235 <        if (dp->n++) {
236 <                b2 = bright(dp->v)/dp->n - bright(ar.rcol);
237 <                b2 = b2*b2 + dp->k*((dp->n-1)*(dp->n-1));
238 <                dp->k = b2/(dp->n*dp->n);
239 <        } else
240 <                dp->k = 0.0;
241 <        return(0);
229 >        zd = raydistance(&ar);
230 >        if (zd <= FTINY)
231 >                return(0);              /* should never happen */
232 >        smultscolor(ar.rcol, ar.rcoef); /* apply coefficient */
233 >        if (zd*ap->d < 1.0)             /* new/closer distance? */
234 >                ap->d = 1.0/zd;
235 >        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
236 >                if (zd > 10.0*thescene.cusize + 1000.)
237 >                        zd = 10.0*thescene.cusize + 1000.;
238 >                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, zd);
239 >                copyscolor(ap->v, ar.rcol);
240 >        } else {                        /* else update recorded value */
241 >                sopscolor(hp->acol, -=, ap->v);
242 >                zd = 1.0/(double)(n+1);
243 >                scalescolor(ar.rcol, zd);
244 >                zd *= (double)n;
245 >                scalescolor(ap->v, zd);
246 >                saddscolor(ap->v, ar.rcol);
247 >        }
248 >        saddscolor(hp->acol, ap->v);    /* add to our sum */
249 >        return(1);
250   }
251  
252  
253 < static int
254 < ambcmp(                                 /* decreasing order */
255 <        const void *p1,
122 <        const void *p2
123 < )
253 > /* Estimate variance based on ambient division differences */
254 > static float *
255 > getambdiffs(AMBHEMI *hp)
256   {
257 <        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
258 <        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
257 >        const double    normf = 1./(pbright(hp->acoef) + FTINY);
258 >        float   *earr = (float *)calloc(2*hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
259 >        float   *ep;
260 >        AMBSAMP *ap;
261 >        double  b, b1, d2;
262 >        int     i, j;
263  
264 <        if (d1->k < d2->k)
265 <                return(1);
266 <        if (d1->k > d2->k)
267 <                return(-1);
268 <        return(0);
264 >        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
265 >                return(NULL);
266 >                                        /* sum squared neighbor diffs */
267 >        ap = hp->sa;
268 >        ep = earr + hp->ns*hp->ns;      /* original estimates to scratch */
269 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
270 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
271 >                b = pbright(ap[0].v);
272 >                if (i) {                /* from above */
273 >                        b1 = pbright(ap[-hp->ns].v);
274 >                        d2 = b - b1;
275 >                        d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
276 >                        ep[0] += d2;
277 >                        ep[-hp->ns] += d2;
278 >                }
279 >                if (!j) continue;
280 >                                        /* from behind */
281 >                b1 = pbright(ap[-1].v);
282 >                d2 = b - b1;
283 >                d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
284 >                ep[0] += d2;
285 >                ep[-1] += d2;
286 >                if (!i) continue;
287 >                                        /* diagonal */
288 >                b1 = pbright(ap[-hp->ns-1].v);
289 >                d2 = b - b1;
290 >                d2 *= d2*normf/(b + b1 + FTINY);
291 >                ep[0] += d2;
292 >                ep[-hp->ns-1] += d2;
293 >            }
294 >                                        /* correct for number of neighbors */
295 >        ep = earr + hp->ns*hp->ns;
296 >        ep[0] *= 6./3.;
297 >        ep[hp->ns-1] *= 6./3.;
298 >        ep[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 6./3.;
299 >        ep[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 6./3.;
300 >        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
301 >                ep[i*hp->ns] *= 6./5.;
302 >                ep[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 6./5.;
303 >        }
304 >        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
305 >                ep[j] *= 6./5.;
306 >                ep[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 6./5.;
307 >        }
308 >                                        /* blur final map to reduce bias */
309 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
310 >            float  *ep2;
311 >            ep = earr + i*hp->ns;
312 >            ep2 = ep + hp->ns*hp->ns;
313 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++, ep++, ep2++) {
314 >                ep[0] += .5*ep2[0] + .125*(ep2[1] + ep2[hp->ns]);
315 >                ep[1] += .125*ep2[0];
316 >                ep[hp->ns] += .125*ep2[0];
317 >            }
318 >        }
319 >        return(earr);
320   }
321  
322  
323 < static int
324 < ambnorm(                                /* standard order */
325 <        const void *p1,
139 <        const void *p2
140 < )
323 > /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
324 > static void
325 > ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
326   {
327 <        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
328 <        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
329 <        int     c;
327 >        float   *earr = getambdiffs(hp);
328 >        double  e2rem = 0;
329 >        float   *ep;
330 >        int     i, j, n, nss;
331  
332 <        if ( (c = d1->t - d2->t) )
333 <                return(c);
334 <        return(d1->p - d2->p);
332 >        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
333 >                return;
334 >                                        /* accumulate estimated variances */
335 >        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
336 >                e2rem += *--ep;
337 >        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
338 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
339 >            for (j = 0; j < hp->ns; j++) {
340 >                if (e2rem <= FTINY)
341 >                        goto done;      /* nothing left to do */
342 >                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
343 >                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
344 >                        if (!--cnt) goto done;
345 >                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
346 >        }
347 > done:
348 >        free(earr);
349   }
350  
351  
352 < double
353 < doambient(                              /* compute ambient component */
354 <        COLOR  rcol,
355 <        RAY  *r,
356 <        double  wt,
157 <        FVECT  pg,
158 <        FVECT  dg
352 > static AMBHEMI *
353 > samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
354 >        SCOLOR  rcol,
355 >        RAY     *r,
356 >        double  wt
357   )
358   {
359 <        double  b, d=0;
360 <        AMBHEMI  hemi;
361 <        AMBSAMP  *div;
362 <        AMBSAMP  dnew;
363 <        double  acol[3];
364 <        AMBSAMP  *dp;
365 <        double  arad;
366 <        int  divcnt;
367 <        int  i, j;
368 <                                        /* initialize hemisphere */
369 <        inithemi(&hemi, rcol, r, wt);
370 <        divcnt = hemi.nt * hemi.np;
371 <                                        /* initialize */
372 <        if (pg != NULL)
373 <                pg[0] = pg[1] = pg[2] = 0.0;
374 <        if (dg != NULL)
375 <                dg[0] = dg[1] = dg[2] = 0.0;
376 <        setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
377 <        if (divcnt == 0)
378 <                return(0.0);
379 <                                        /* allocate super-samples */
380 <        if (hemi.ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
381 <                div = (AMBSAMP *)malloc(divcnt*sizeof(AMBSAMP));
382 <                if (div == NULL)
383 <                        error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
384 <        } else
385 <                div = NULL;
386 <                                        /* sample the divisions */
387 <        arad = 0.0;
388 <        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
191 <        if ((dp = div) == NULL)
192 <                dp = &dnew;
193 <        divcnt = 0;
194 <        for (i = 0; i < hemi.nt; i++)
195 <                for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
196 <                        dp->t = i; dp->p = j;
197 <                        setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
198 <                        dp->r = 0.0;
199 <                        dp->n = 0;
200 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0) {
201 <                                if (div != NULL)
202 <                                        dp++;
203 <                                continue;
204 <                        }
205 <                        arad += dp->r;
206 <                        divcnt++;
207 <                        if (div != NULL)
208 <                                dp++;
209 <                        else
210 <                                addcolor(acol, dp->v);
211 <                }
212 <        if (!divcnt) {
213 <                if (div != NULL)
214 <                        free((void *)div);
215 <                return(0.0);            /* no samples taken */
359 >        int     backside = (wt < 0);
360 >        AMBHEMI *hp;
361 >        double  d;
362 >        int     n, i, j;
363 >                                        /* insignificance check */
364 >        d = sintens(rcol);
365 >        if (d <= FTINY)
366 >                return(NULL);
367 >                                        /* set number of divisions */
368 >        if (backside) wt = -wt;
369 >        if (ambacc <= FTINY &&
370 >                        wt > (d *= 0.8*r->rweight/(ambdiv*minweight + 1e-20)))
371 >                wt = d;                 /* avoid ray termination */
372 >        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
373 >        i = 1 + (MINADIV-1)*(ambacc > FTINY);
374 >        if (n < i)                      /* use minimum number of samples? */
375 >                n = i;
376 >                                        /* allocate sampling array */
377 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
378 >        if (hp == NULL)
379 >                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
380 >
381 >        if (backside) {
382 >                hp->atyp = TAMBIENT;
383 >                hp->onrm[0] = -r->ron[0];
384 >                hp->onrm[1] = -r->ron[1];
385 >                hp->onrm[2] = -r->ron[2];
386 >        } else {
387 >                hp->atyp = RAMBIENT;
388 >                VCOPY(hp->onrm, r->ron);
389          }
390 <        if (divcnt < hemi.nt*hemi.np) {
391 <                pg = dg = NULL;         /* incomplete sampling */
392 <                hemi.ns = 0;
393 <        } else if (arad > FTINY && divcnt/arad < minarad) {
394 <                hemi.ns = 0;            /* close enough */
395 <        } else if (hemi.ns > 0) {       /* else perform super-sampling? */
396 <                comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
397 <                qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);    /* sort divs */
398 <                                                /* super-sample */
399 <                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
400 <                        dnew = *div;
401 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0) {
402 <                                dp++;
403 <                                continue;
404 <                        }
405 <                        dp = div;               /* reinsert */
406 <                        j = divcnt < i ? divcnt : i;
407 <                        while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
408 <                                *dp = *(dp+1);
409 <                                dp++;
410 <                        }
238 <                        *dp = dnew;
239 <                }
240 <                if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
241 <                        qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
390 >        hp->rp = r;
391 >        hp->ns = n;
392 >        scolorblack(hp->acol);
393 >        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
394 >        hp->sampOK = 0;
395 >                                        /* assign coefficient */
396 >        copyscolor(hp->acoef, rcol);
397 >        d = 1.0/(n*n);
398 >        scalescolor(hp->acoef, d);
399 >                                        /* make tangent plane axes */
400 >        if (!getperpendicular(hp->ux, hp->onrm, 1))
401 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
402 >        VCROSS(hp->uy, hp->onrm, hp->ux);
403 >                                        /* sample divisions */
404 >        for (i = hp->ns; i--; )
405 >            for (j = hp->ns; j--; )
406 >                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
407 >        copyscolor(rcol, hp->acol);
408 >        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
409 >                free(hp);
410 >                return(NULL);
411          }
412 <                                        /* compute returned values */
413 <        if (div != NULL) {
414 <                arad = 0.0;             /* note: divcnt may be < nt*np */
246 <                for (i = hemi.nt*hemi.np, dp = div; i-- > 0; dp++) {
247 <                        arad += dp->r;
248 <                        if (dp->n > 1) {
249 <                                b = 1.0/dp->n;
250 <                                scalecolor(dp->v, b);
251 <                                dp->r *= b;
252 <                                dp->n = 1;
253 <                        }
254 <                        addcolor(acol, dp->v);
255 <                }
256 <                b = bright(acol);
257 <                if (b > FTINY) {
258 <                        b = 1.0/b;      /* compute & normalize gradient(s) */
259 <                        if (pg != NULL) {
260 <                                posgradient(pg, div, &hemi);
261 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
262 <                                        pg[i] *= b;
263 <                        }
264 <                        if (dg != NULL) {
265 <                                dirgradient(dg, div, &hemi);
266 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
267 <                                        dg[i] *= b;
268 <                        }
269 <                }
270 <                free((void *)div);
412 >        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
413 >                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
414 >                return(hp);
415          }
416 <        copycolor(rcol, acol);
417 <        if (arad <= FTINY)
418 <                arad = maxarad;
419 <        else
420 <                arad = (divcnt+hemi.ns)/arad;
421 <        if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
278 <                d = DOT(pg,pg);
279 <                if (d*arad*arad > 1.0)
280 <                        arad = 1.0/sqrt(d);
416 >        if (hp->sampOK <= MINADIV*MINADIV)
417 >                return(hp);             /* don't bother super-sampling */
418 >        n = ambssamp*wt + 0.5;
419 >        if (n >= 4*hp->ns) {            /* perform super-sampling? */
420 >                ambsupersamp(hp, n);
421 >                copyscolor(rcol, hp->acol);
422          }
423 <        if (arad < minarad) {
424 <                arad = minarad;
425 <                if (pg != NULL && d*arad*arad > 1.0) {  /* cap gradient */
426 <                        d = 1.0/arad/sqrt(d);
427 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
428 <                                pg[i] *= d;
429 <                }
423 >        return(hp);                     /* all is well */
424 > }
425 >
426 >
427 > /* Return brightness of farthest ambient sample */
428 > static double
429 > back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
430 > {
431 >        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
432 >                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
433 >                        return(hp->sa[n1].v[0]);
434 >                return(hp->sa[n3].v[0]);
435          }
436 <        if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
437 <                arad = maxarad;
438 <        return(arad);
436 >        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
437 >                return(hp->sa[n2].v[0]);
438 >        return(hp->sa[n3].v[0]);
439   }
440  
441  
442 < void
443 < comperrs(                       /* compute initial error estimates */
444 <        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
299 <        AMBHEMI  *hp
300 < )
442 > /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
443 > static void
444 > comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
445   {
446 <        double  b, b2;
447 <        int  i, j;
448 <        AMBSAMP  *dp;
449 <                                /* sum differences from neighbors */
450 <        dp = da;
451 <        for (i = 0; i < hp->nt; i++)
452 <                for (j = 0; j < hp->np; j++) {
453 < #ifdef  DEBUG
454 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
455 <                                error(CONSISTENCY,
456 <                                        "division order in comperrs");
457 < #endif
458 <                        b = bright(dp[0].v);
459 <                        if (i > 0) {            /* from above */
460 <                                b2 = bright(dp[-hp->np].v) - b;
461 <                                b2 *= b2 * 0.25;
462 <                                dp[0].k += b2;
463 <                                dp[-hp->np].k += b2;
464 <                        }
465 <                        if (j > 0) {            /* from behind */
466 <                                b2 = bright(dp[-1].v) - b;
467 <                                b2 *= b2 * 0.25;
468 <                                dp[0].k += b2;
469 <                                dp[-1].k += b2;
470 <                        } else {                /* around */
471 <                                b2 = bright(dp[hp->np-1].v) - b;
472 <                                b2 *= b2 * 0.25;
473 <                                dp[0].k += b2;
474 <                                dp[hp->np-1].k += b2;
475 <                        }
476 <                        dp++;
477 <                }
478 <                                /* divide by number of neighbors */
479 <        dp = da;
480 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* top row */
481 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
482 <        if (hp->nt < 2)
446 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
447 >        int     ii;
448 >
449 >        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
450 >        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
451 >        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
452 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
453 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
454 >        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
455 >        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
456 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
457 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
458 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
459 >                        sqrt( rdot_cp );
460 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
461 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
462 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
463 >        for (ii = 3; ii--; )
464 >                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
465 > }
466 >
467 >
468 > /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
469 > static void
470 > compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
471 > {
472 >        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
473 >        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
474 >        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
475 >        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
476 >        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
477 >        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
478 > }
479 >
480 >
481 > /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
482 > static void
483 > comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
484 > {
485 >        FVECT   ncp;
486 >        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
487 >        double  d1, d2, d3, d4;
488 >        double  I3, J3, K3;
489 >        int     i, j;
490 >                                        /* compute intermediate coefficients */
491 >        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
492 >        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
493 >        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
494 >        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
495 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
496 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
497 >        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
498 >        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
499 >                                        /* intermediate matrices */
500 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
501 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
502 >        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
503 >        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
504 >        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
505 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
506 >        d2 = -d1*ftp->I2;
507 >        d1 *= 2.0;
508 >        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
509 >            for (j = 3; j--; ) {
510 >                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
511 >                                                2.0*J3*m4[i][j] );
512 >                hess[i][j] += d2*(i==j);
513 >                hess[i][j] *= -1.0/PI;
514 >            }
515 > }
516 >
517 >
518 > /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
519 > static void
520 > rev_hessian(FVECT hess[3])
521 > {
522 >        int     i;
523 >
524 >        for (i = 3; i--; ) {
525 >                hess[i][0] = -hess[i][0];
526 >                hess[i][1] = -hess[i][1];
527 >                hess[i][2] = -hess[i][2];
528 >        }
529 > }
530 >
531 >
532 > /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
533 > static void
534 > add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
535 >                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
536 > {
537 >        int     i, j;
538 >
539 >        for (i = 3; i--; )
540 >            for (j = 3; j--; )
541 >                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
542 > }
543 >
544 >
545 > /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
546 > static void
547 > comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
548 > {
549 >        FVECT   ncp;
550 >        double  f1;
551 >        int     i;
552 >
553 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
554 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
555 >        for (i = 3; i--; )
556 >                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
557 > }
558 >
559 >
560 > /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
561 > static void
562 > rev_gradient(FVECT grad)
563 > {
564 >        grad[0] = -grad[0];
565 >        grad[1] = -grad[1];
566 >        grad[2] = -grad[2];
567 > }
568 >
569 >
570 > /* Add to displacement gradient from the given triangle */
571 > static void
572 > add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
573 > {
574 >        int     i;
575 >
576 >        for (i = 3; i--; )
577 >                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
578 > }
579 >
580 >
581 > /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
582 > static void
583 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
584 > {
585 >        double  hess2[2][2];
586 >        FVECT   a, b;
587 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
588 >        int     i;
589 >                                        /* project Hessian to sample plane */
590 >        for (i = 3; i--; ) {
591 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
592 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
593 >        }
594 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
595 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
596 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
597 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
598 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
599 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
600 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
601 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
602 >                evalue[1] = evalue[0];
603 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
604 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
605 >                ra[0] = ra[1] = maxarad;
606                  return;
607 <        for (i = 1; i < hp->nt-1; i++)          /* central region */
608 <                for (j = 0; j < hp->np; j++)
609 <                        (dp++)->k *= 0.25;
610 <        for (j = 0; j < hp->np; j++)            /* bottom row */
611 <                (dp++)->k *= 1.0/3.0;
607 >        }
608 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
609 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
610 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
611 >                slope1 = evalue[1];
612 >        } else {
613 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
614 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
615 >                slope1 = evalue[0];
616 >        }
617 >                                        /* compute unit eigenvectors */
618 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
619 >                return;                 /* uv OK as is */
620 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
621 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
622 >        for (i = 3; i--; ) {
623 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
624 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
625 >        }
626 >        VCOPY(uv[0], a);
627 >        VCOPY(uv[1], b);
628   }
629  
630  
631 < void
632 < posgradient(                                    /* compute position gradient */
633 <        FVECT  gv,
634 <        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
635 <        AMBHEMI  *hp
631 > static void
632 > ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
633 >        AMBHEMI *hp,
634 >        FVECT   uv[2],                  /* returned */
635 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
636 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
637   )
638   {
639 <        int  i, j;
640 <        double  nextsine, lastsine, b, d;
641 <        double  mag0, mag1;
642 <        double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
643 <        AMBSAMP  *dp;
644 <
645 <        xd = yd = 0.0;
646 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
647 <                dp = da + j;
648 <                mag0 = mag1 = 0.0;
649 <                lastsine = 0.0;
650 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
651 < #ifdef  DEBUG
652 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
653 <                                error(CONSISTENCY,
654 <                                        "division order in posgradient");
655 < #endif
656 <                        b = bright(dp->v);
657 <                        if (i > 0) {
658 <                                d = dp[-hp->np].r;
659 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
660 <                                                        /* sin(t)*cos(t)^2 */
661 <                                d *= lastsine * (1.0 - (double)i/hp->nt);
662 <                                mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
663 <                        }
664 <                        nextsine = sqrt((double)(i+1)/hp->nt);
665 <                        if (j > 0) {
666 <                                d = dp[-1].r;
667 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
668 <                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
669 <                                                (b - bright(dp[-1].v));
670 <                        } else {
671 <                                d = dp[hp->np-1].r;
672 <                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
673 <                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
674 <                                                (b - bright(dp[hp->np-1].v));
675 <                        }
676 <                        dp += hp->np;
677 <                        lastsine = nextsine;
639 >        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
640 >        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
641 >        FVECT           *gradrow = NULL;
642 >        FVECT           hessian[3];
643 >        FVECT           gradient;
644 >        FFTRI           fftr;
645 >        int             i, j;
646 >                                        /* be sure to assign unit vectors */
647 >        VCOPY(uv[0], hp->ux);
648 >        VCOPY(uv[1], hp->uy);
649 >                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
650 >        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
651 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
652 >                if (hessrow == NULL)
653 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
654 >                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
655 >        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
656 >                return;
657 >        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
658 >                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
659 >                if (gradrow == NULL)
660 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
661 >                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
662 >        }
663 >                                        /* compute first row of edges */
664 >        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
665 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
666 >                if (hessrow != NULL)
667 >                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->onrm);
668 >                if (gradrow != NULL)
669 >                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->onrm);
670 >        }
671 >                                        /* sum each row of triangles */
672 >        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
673 >            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
674 >            FVECT       gradcol;
675 >            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
676 >            if (hessrow != NULL)
677 >                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->onrm);
678 >            if (gradrow != NULL)
679 >                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->onrm);
680 >            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
681 >                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
682 >                FVECT   graddia;
683 >                double  backg;
684 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
685 >                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
686 >                                        /* diagonal (inner) edge */
687 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
688 >                if (hessrow != NULL) {
689 >                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->onrm);
690 >                    rev_hessian(hesscol);
691 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
692                  }
693 <                mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
694 <                phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
695 <                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
696 <                xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
697 <                yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
693 >                if (gradrow != NULL) {
694 >                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->onrm);
695 >                    rev_gradient(gradcol);
696 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
697 >                }
698 >                                        /* initialize edge in next row */
699 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
700 >                if (hessrow != NULL)
701 >                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->onrm);
702 >                if (gradrow != NULL)
703 >                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->onrm);
704 >                                        /* new column edge & paired triangle */
705 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
706 >                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
707 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
708 >                if (hessrow != NULL) {
709 >                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->onrm);
710 >                    rev_hessian(hessdia);
711 >                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
712 >                    if (i < hp->ns-2)
713 >                        rev_hessian(hessrow[j]);
714 >                }
715 >                if (gradrow != NULL) {
716 >                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->onrm);
717 >                    rev_gradient(graddia);
718 >                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
719 >                    if (i < hp->ns-2)
720 >                        rev_gradient(gradrow[j]);
721 >                }
722 >            }
723          }
724 <        for (i = 0; i < 3; i++)
725 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*(hp->nt*hp->np)/PI;
724 >                                        /* release row buffers */
725 >        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
726 >        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
727 >        
728 >        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
729 >                eigenvectors(uv, ra, hessian);
730 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
731 >                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
732 >                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
733 >        }
734   }
735  
736  
737 < void
738 < dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
739 <        FVECT  gv,
740 <        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
741 <        AMBHEMI  *hp
737 > /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
738 > static void
739 > ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
740 > {
741 >        AMBSAMP *ap;
742 >        double  dgsum[2];
743 >        int     n;
744 >        FVECT   vd;
745 >        double  gfact;
746 >
747 >        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
748 >        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
749 >                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
750 >                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
751 >                                        /* brightness over cosine factor */
752 >                gfact = ap->v[0] / DOT(hp->onrm, vd);
753 >                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
754 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
755 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
756 >        }
757 >        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
758 >        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
759 > }
760 >
761 >
762 > /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
763 > static uint32
764 > ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
765 > {
766 >        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
767 >        const double    ang_res = 0.5*PI/hp->ns;
768 >        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + 1.01);
769 >        double          avg_d = 0;
770 >        uint32          flgs = 0;
771 >        FVECT           vec;
772 >        double          u, v;
773 >        double          ang, a1;
774 >        int             i, j;
775 >                                        /* don't bother for a few samples */
776 >        if (hp->ns < 8)
777 >                return(0);
778 >                                        /* check distances overhead */
779 >        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
780 >            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
781 >                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
782 >        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
783 >        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
784 >                return(0);
785 >        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
786 >                return(0);
787 >                                        /* else circle around perimeter */
788 >        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
789 >            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
790 >                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
791 >                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
792 >                        continue;       /* too far or too near */
793 >                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
794 >                u = DOT(vec, uv[0]);
795 >                v = DOT(vec, uv[1]);
796 >                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
797 >                        continue;       /* occluder outside ellipse */
798 >                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
799 >                for (a1 = ang-ang_res; a1 <= ang+ang_res; a1 += ang_step)
800 >                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
801 >            }
802 >        return(flgs);
803 > }
804 >
805 >
806 > int
807 > doambient(                              /* compute ambient component */
808 >        SCOLOR  rcol,                   /* input/output color */
809 >        RAY     *r,
810 >        double  wt,                     /* negative for back side */
811 >        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
812 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
813 >        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
814 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
815 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
816   )
817   {
818 <        int  i, j;
819 <        double  mag;
820 <        double  phi, xd, yd;
821 <        AMBSAMP  *dp;
818 >        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
819 >        FVECT   my_uv[2];
820 >        double  d, K;
821 >        AMBSAMP *ap;
822 >        int     i;
823 >                                        /* clear return values */
824 >        if (uv != NULL)
825 >                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
826 >        if (ra != NULL)
827 >                ra[0] = ra[1] = 0.0;
828 >        if (pg != NULL)
829 >                pg[0] = pg[1] = 0.0;
830 >        if (dg != NULL)
831 >                dg[0] = dg[1] = 0.0;
832 >        if (crlp != NULL)
833 >                *crlp = 0;
834 >        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
835 >                return(0);
836  
837 <        xd = yd = 0.0;
838 <        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
839 <                dp = da + j;
840 <                mag = 0.0;
841 <                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
842 < #ifdef  DEBUG
843 <                        if (dp->t != i || dp->p != j)
844 <                                error(CONSISTENCY,
845 <                                        "division order in dirgradient");
846 < #endif
847 <                                                        /* tan(t) */
848 <                        mag += bright(dp->v)/sqrt(hp->nt/(i+.5) - 1.0);
849 <                        dp += hp->np;
837 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
838 >                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < MINADIV)) {
839 >                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
840 >                return(-1);             /* value-only return value */
841 >        }
842 >        if ((d = scolor_mean(rcol)) > FTINY) {
843 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;     /* normalize avg. values */
844 >                K = 0.01;
845 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
846 >                K = 1.0;
847 >                pg = NULL;
848 >                dg = NULL;
849 >                crlp = NULL;
850 >        }
851 >        ap = hp->sa;                    /* single channel from here on... */
852 >        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
853 >                ap->v[0] = scolor_mean(ap->v)*d + K;
854 >
855 >        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
856 >                uv = my_uv;
857 >                                        /* compute radii & pos. gradient */
858 >        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
859 >
860 >        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
861 >                ambdirgrad(hp, uv, dg);
862 >
863 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
864 >                if (pg != NULL) {
865 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
866 >                                ra[0] = 1.0/d;
867 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
868 >                                ra[1] = 1.0/d;
869 >                        if (ra[0] > ra[1])
870 >                                ra[0] = ra[1];
871                  }
872 <                phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
873 <                xd += mag * tcos(phi);
874 <                yd += mag * tsin(phi);
872 >                if (ra[0] < minarad) {
873 >                        ra[0] = minarad;
874 >                        if (ra[1] < minarad)
875 >                                ra[1] = minarad;
876 >                }
877 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(fabs(wt));
878 >                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
879 >                        ra[1] = 2.0*ra[0];
880 >                if (ra[1] > maxarad) {
881 >                        ra[1] = maxarad;
882 >                        if (ra[0] > maxarad)
883 >                                ra[0] = maxarad;
884 >                }
885 >                                        /* flag encroached directions */
886 >                if (crlp != NULL)       /* XXX doesn't update with changes to ambacc */
887 >                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
888 >                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
889 >                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
890 >                        if (d > 1.0) {
891 >                                d = 1.0/sqrt(d);
892 >                                pg[0] *= d;
893 >                                pg[1] *= d;
894 >                        }
895 >                }
896          }
897 <        for (i = 0; i < 3; i++)
898 <                gv[i] = xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i];
897 >        free(hp);                       /* clean up and return */
898 >        return(1);
899   }
439
440 #endif  /* ! NEWAMB */

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