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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.27 by greg, Sat Apr 19 02:39:44 2014 UTC vs.
Revision 2.39 by greg, Tue Apr 29 15:40:00 2014 UTC

# Line 28 | Line 28 | typedef struct {
28          COLOR   acoef;          /* division contribution coefficient */
29          struct s_ambsamp {
30                  COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
31 <                float   p[3];           /* intersection point */
31 >                FVECT   p;              /* 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;
38 >        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rcp, rI2_eJ2;
39 >        double  I1, I2;
40   } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
41  
42  
# Line 69 | Line 69 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
69          copycolor(hp->acoef, ac);
70          d = 1.0/(n*n);
71          scalecolor(hp->acoef, d);
72 <                                        /* make tangent axes */
73 <        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
74 <        for (i = 0; i < 3; i++)
75 <                if (r->ron[i] < 0.6 && r->ron[i] > -0.6)
72 >                                        /* make tangent plane axes */
73 >        hp->uy[0] = 0.5 - frandom();
74 >        hp->uy[1] = 0.5 - frandom();
75 >        hp->uy[2] = 0.5 - frandom();
76 >        for (i = 3; i--; )
77 >                if ((-0.6 < r->ron[i]) & (r->ron[i] < 0.6))
78                          break;
79 <        if (i >= 3)
80 <                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi()");
79 >        if (i < 0)
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);
# Line 85 | Line 87 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
87   }
88  
89  
90 < static int
90 > static struct s_ambsamp *
91   ambsample(                              /* sample an ambient direction */
92          AMBHEMI *hp,
93          int     i,
# Line 94 | Line 96 | ambsample(                             /* sample an ambient direction */
96   {
97          struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
98          RAY                     ar;
97 –        int                     hlist[3];
99          double                  spt[2], zd;
100          int                     ii;
101                                          /* ambient coefficient for weight */
# Line 102 | Line 103 | ambsample(                             /* sample an ambient direction */
103                  setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
104          else
105                  copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
106 <        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0) {
107 <                setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
107 <                VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
108 <                return(0);              /* no sample taken */
109 <        }
106 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
107 >                goto badsample;
108          if (ambacc > FTINY) {
109                  multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
110                  scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
111          }
112                                          /* generate hemispherical sample */
113          SDsquare2disk(spt,      (i+.1+.8*frandom())/hp->ns,
114 <                                (j+.1+.8*frandom())/hp->ns);
114 >                                (j+.1+.8*frandom())/hp->ns );
115          zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
116          for (ii = 3; ii--; )
117                  ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
# Line 123 | Line 121 | ambsample(                             /* sample an ambient direction */
121          dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
122          rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
123          ndims--;
124 +                                        /* limit vertex distance */
125 +        if (ar.rt > 10.0*thescene.cusize)
126 +                ar.rt = 10.0*thescene.cusize;
127 +        else if (ar.rt <= FTINY)        /* should never happen! */
128 +                goto badsample;
129 +        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
130          multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
131          copycolor(ap->v, ar.rcol);
132 <        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
133 <                ar.rt = 20.0*maxarad;
134 <        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
135 <        return(1);
132 >        return(ap);
133 > badsample:
134 >        setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
135 >        VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
136 >        return(NULL);
137   }
138  
139  
140   /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
141   static void
142 < comp_fftri(FFTRI *ftp, float ap0[3], float ap1[3], FVECT rop)
142 > comp_fftri(FFTRI *ftp, FVECT ap0, FVECT ap1, FVECT rop)
143   {
144 <        FVECT   v1;
145 <        double  dot_e, dot_er, dot_r, dot_r1;
144 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
145 >        int     i;
146  
147          VSUB(ftp->r_i, ap0, rop);
148          VSUB(ftp->r_i1, ap1, rop);
149          VSUB(ftp->e_i, ap1, ap0);
150 <        VCROSS(v1, ftp->e_i, ftp->r_i);
151 <        ftp->nf = 1.0/DOT(v1,v1);
147 <        VCROSS(v1, ftp->r_i, ftp->r_i1);
148 <        ftp->I1 = sqrt(DOT(v1,v1)*ftp->nf);
150 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
151 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
152          dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
153          dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
154 <        dot_r = DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
155 <        dot_r1 = DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
156 <        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)/dot_r1 - dot_er/dot_r +
157 <                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*ftp->nf;
158 <        ftp->J2 =  0.25*ftp->nf*( 1.0/dot_r - 1.0/dot_r1 ) -
159 <                        dot_er/dot_e*ftp->I2;
154 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
155 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
156 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
157 >                        sqrt( rdot_cp );
158 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
159 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
160 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
161 >        for (i = 3; i--; )
162 >                ftp->rI2_eJ2[i] = ftp->I2*ftp->r_i[i] + J2*ftp->e_i[i];
163   }
164  
165  
166 < /* Compose matrix from two vectors */
166 > /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
167   static void
168   compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
169   {
# Line 174 | Line 180 | compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
180   static void
181   comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
182   {
183 <        FVECT   v1, v2;
183 >        FVECT   ncp;
184          FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
185          double  d1, d2, d3, d4;
186          double  I3, J3, K3;
# Line 184 | Line 190 | comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
190          d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
191          d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
192          d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
193 <        I3 = 0.25*ftp->nf*( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 +
194 <                                3.0*ftp->I2*d3 );
193 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
194 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
195          J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
196          K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
197                                          /* intermediate matrices */
198 <        VCROSS(v1, nrm, ftp->e_i);
199 <        for (j = 3; j--; )
194 <                v2[i] = ftp->I2*ftp->r_i[j] + ftp->J2*ftp->e_i[j];
195 <        compose_matrix(m1, v1, v2);
198 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
199 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
200          compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
201          compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
202          compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
203 <        VCROSS(v1, ftp->r_i, ftp->e_i);
200 <        d1 = DOT(nrm, v1);
203 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
204          d2 = -d1*ftp->I2;
205          d1 *= 2.0;
206          for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
# Line 205 | Line 208 | comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
208                  hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
209                                                  2.0*J3*m4[i][j] );
210                  hess[i][j] += d2*(i==j);
211 <                hess[i][j] *= -1.0/PI;
211 >                hess[i][j] *= 1.0/PI;
212              }
213   }
214  
# Line 241 | Line 244 | add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
244   static void
245   comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
246   {
247 <        FVECT   vcp;
247 >        FVECT   ncp;
248          double  f1;
249          int     i;
250  
251 <        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
252 <        f1 = 2.0*DOT(nrm, vcp);
250 <        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
251 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
252 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
253          for (i = 3; i--; )
254 <                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*vcp[i] +
253 <                            f1*(ftp->I2*ftp->r_i[i] + ftp->J2*ftp->e_i[i]) );
254 >                grad[i] = (-0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
255   }
256  
257  
# Line 286 | Line 287 | back_ambval(struct s_ambsamp *ap1, struct s_ambsamp *a
287  
288          VSUB(vec, ap1->p, orig);
289          d2best = DOT(vec,vec);
290 <        vback = ap1->v[CIEY];
290 >        vback = colval(ap1->v,CIEY);
291          VSUB(vec, ap2->p, orig);
292          d2 = DOT(vec,vec);
293          if (d2 > d2best) {
294                  d2best = d2;
295 <                vback = ap2->v[CIEY];
295 >                vback = colval(ap2->v,CIEY);
296          }
297          VSUB(vec, ap3->p, orig);
298          d2 = DOT(vec,vec);
299          if (d2 > d2best)
300 <                return(ap3->v[CIEY]);
300 >                return(colval(ap3->v,CIEY));
301          return(vback);
302   }
303  
# Line 318 | Line 319 | eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3
319          hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
320          hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
321          hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
322 <                                        /* compute eigenvalues */
323 <        if (quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
324 <                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]) != 2 ||
325 <                        (evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY*FTINY ||
326 <                        (evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY*FTINY)
322 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
323 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
324 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
325 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
326 >                evalue[1] = evalue[0];
327 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
328 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) )
329                  error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
330  
331          if (evalue[0] > evalue[1]) {
332 <                ra[0] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[0]));
333 <                ra[1] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[1]));
332 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
333 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
334                  slope1 = evalue[1];
335          } else {
336 <                ra[0] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[1]));
337 <                ra[1] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[0]));
336 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
337 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
338                  slope1 = evalue[0];
339          }
340                                          /* compute unit eigenvectors */
# Line 352 | Line 355 | static void
355   ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
356          AMBHEMI *hp,
357          FVECT   uv[2],                  /* returned */
358 <        float   ra[2],                  /* returned */
359 <        float   pg[2]                   /* returned */
358 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
359 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
360   )
361   {
362          static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
# Line 368 | Line 371 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
371          VCOPY(uv[1], hp->uy);
372                          /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
373          if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
374 <                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*hp->ns);
374 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
375                  if (hessrow == NULL)
376                          error(SYSTEM, memerrmsg);
377                  memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
378          } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
379                  return;
380          if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
381 <                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*hp->ns);
381 >                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
382                  if (gradrow == NULL)
383                          error(SYSTEM, memerrmsg);
384                  memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
# Line 413 | Line 416 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
416                      rev_hessian(hesscol);
417                      add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
418                  }
419 <                if (gradient != NULL) {
419 >                if (gradrow != NULL) {
420                      comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
421                      rev_gradient(gradcol);
422                      add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
# Line 452 | Line 455 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
455          
456          if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
457                  eigenvectors(uv, ra, hessian);
458 <        if (pg != NULL) {               /* project position gradient */
458 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
459                  pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
460                  pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
461          }
# Line 464 | Line 467 | static void
467   ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
468   {
469          struct s_ambsamp        *ap;
470 +        double                  dgsum[2];
471          int                     n;
472 +        FVECT                   vd;
473 +        double                  gfact;
474  
475 <        dg[0] = dg[1] = 0;
475 >        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
476          for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
471 –                FVECT   vd;
472 –                double  gfact;
477                                          /* use vector for azimuth + 90deg */
478                  VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
479 <                                        /* brightness with tangent factor */
480 <                gfact = ap->v[CIEY] / DOT(hp->rp->ron, vd);
481 <                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
482 <                dg[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact ;
483 <                dg[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
479 >                                        /* brightness over cosine factor */
480 >                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
481 >                                        /* -sine = -proj_radius/vd_length */
482 >                dgsum[0] += DOT(uv[1], vd) * gfact;
483 >                dgsum[1] -= DOT(uv[0], vd) * gfact;
484          }
485 +        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
486 +        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
487   }
488  
489  
# Line 492 | Line 498 | doambient(                             /* compute ambient component */
498          float   dg[2]                   /* returned (optional) */
499   )
500   {
501 +        AMBHEMI                 *hp = inithemi(rcol, r, wt);
502          int                     cnt = 0;
503          FVECT                   my_uv[2];
504 <        AMBHEMI                 *hp;
498 <        double                  d, acol[3];
504 >        double                  d, K, acol[3];
505          struct s_ambsamp        *ap;
506          int                     i, j;
507 <                                        /* initialize */
508 <        if ((hp = inithemi(rcol, r, wt)) == NULL)
507 >                                        /* check/initialize */
508 >        if (hp == NULL)
509                  return(0);
510          if (uv != NULL)
511                  memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
# Line 513 | Line 519 | doambient(                             /* compute ambient component */
519          acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
520          for (i = hp->ns; i--; )
521                  for (j = hp->ns; j--; )
522 <                        if (ambsample(hp, i, j)) {
517 <                                ap = &ambsamp(hp,i,j);
522 >                        if ((ap = ambsample(hp, i, j)) != NULL) {
523                                  addcolor(acol, ap->v);
524                                  ++cnt;
525                          }
# Line 523 | Line 528 | doambient(                             /* compute ambient component */
528                  free(hp);
529                  return(0);              /* no valid samples */
530          }
531 <        d = 1.0 / cnt;                  /* final indirect irradiance/PI */
527 <        acol[0] *= d; acol[1] *= d; acol[2] *= d;
528 <        copycolor(rcol, acol);
531 >        copycolor(rcol, acol);          /* final indirect irradiance/PI */
532          if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
533                          (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
534                  free(hp);
535                  return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
536          }
537 <        d = 0.01 * bright(rcol);        /* add in 1% before Hessian comp. */
538 <        if (d < FTINY) d = FTINY;
539 <        ap = hp->sa;                    /* using Y channel from here on... */
537 >        if (bright(acol) > FTINY) {     /* normalize Y values */
538 >                d = 0.99*cnt/bright(acol);
539 >                K = 0.01;
540 >        } else {                        /* geometric Hessian fall-back */
541 >                d = 0.0;
542 >                K = 1.0;
543 >                pg = NULL;
544 >                dg = NULL;
545 >        }
546 >        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
547          for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
548 <                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v) + d;
548 >                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + K;
549  
550          if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
551                  uv = my_uv;
552                                          /* compute radii & pos. gradient */
553          ambHessian(hp, uv, ra, pg);
554 +
555          if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
556                  ambdirgrad(hp, uv, dg);
557 <        if (ra != NULL) {               /* adjust/clamp radii */
558 <                d = sqrt(sqrt((4.0/PI)*bright(rcol)/wt));
559 <                if ((ra[0] *= d) > maxarad)
560 <                        ra[0] = maxarad;
557 >
558 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
559 >                if (pg != NULL) {
560 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
561 >                                ra[0] = 1.0/d;
562 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
563 >                                ra[1] = 1.0/d;
564 >                        if (ra[0] > ra[1])
565 >                                ra[0] = ra[1];
566 >                }
567 >                if (ra[0] < minarad) {
568 >                        ra[0] = minarad;
569 >                        if (ra[1] < minarad)
570 >                                ra[1] = minarad;
571 >                }
572 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(sqrt(wt));
573                  if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
574                          ra[1] = 2.0*ra[0];
575 +                if (ra[1] > maxarad) {
576 +                        ra[1] = maxarad;
577 +                        if (ra[0] > maxarad)
578 +                                ra[0] = maxarad;
579 +                }
580 +                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
581 +                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
582 +                        if (d > 1.0) {
583 +                                d = 1.0/sqrt(d);
584 +                                pg[0] *= d;
585 +                                pg[1] *= d;
586 +                        }
587 +                }
588          }
589          free(hp);                       /* clean up and return */
590          return(1);

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