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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.32 by greg, Thu Apr 24 17:36:43 2014 UTC vs.
Revision 2.41 by greg, Wed Apr 30 23:38:58 2014 UTC

# Line 32 | Line 32 | typedef struct {
32          } sa[1];                /* sample array (extends struct) */
33   }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
34  
35 + typedef struct s_ambsamp        AMBSAMP;
36 +
37   #define ambsamp(h,i,j)  (h)->sa[(i)*(h)->ns + (j)]
38  
39   typedef struct {
40 <        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rI2_eJ2;
41 <        double  nf, I1, I2;
40 >        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rcp, rI2_eJ2;
41 >        double  I1, I2;
42   } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
43  
44  
# Line 59 | Line 61 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
61          if (n < i)
62                  n = i;
63                                          /* allocate sampling array */
64 <        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) +
63 <                                sizeof(struct s_ambsamp)*(n*n - 1));
64 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
65          if (hp == NULL)
66                  return(NULL);
67          hp->rp = r;
# Line 70 | Line 71 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
71          d = 1.0/(n*n);
72          scalecolor(hp->acoef, d);
73                                          /* make tangent plane axes */
74 <        hp->uy[0] = 0.1 - 0.2*frandom();
75 <        hp->uy[1] = 0.1 - 0.2*frandom();
76 <        hp->uy[2] = 0.1 - 0.2*frandom();
77 <        for (i = 0; i < 3; i++)
78 <                if (r->ron[i] < 0.6 && r->ron[i] > -0.6)
74 >        hp->uy[0] = 0.5 - frandom();
75 >        hp->uy[1] = 0.5 - frandom();
76 >        hp->uy[2] = 0.5 - frandom();
77 >        for (i = 3; i--; )
78 >                if ((-0.6 < r->ron[i]) & (r->ron[i] < 0.6))
79                          break;
80 <        if (i >= 3)
81 <                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi()");
80 >        if (i < 0)
81 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
82          hp->uy[i] = 1.0;
83          VCROSS(hp->ux, hp->uy, r->ron);
84          normalize(hp->ux);
# Line 87 | Line 88 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
88   }
89  
90  
91 < static struct s_ambsamp *
92 < ambsample(                              /* sample an ambient direction */
93 <        AMBHEMI *hp,
93 <        int     i,
94 <        int     j
95 < )
91 > /* Prepare ambient division sample */
92 > static int
93 > prepambsamp(RAY *arp, AMBHEMI *hp, int i, int j, int n)
94   {
95 <        struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
96 <        RAY                     ar;
99 <        double                  spt[2], zd;
100 <        int                     ii;
95 >        int     hlist[3], ii;
96 >        double  spt[2], zd;
97                                          /* ambient coefficient for weight */
98          if (ambacc > FTINY)
99 <                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
99 >                setcolor(arp->rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
100          else
101 <                copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
102 <        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
103 <                goto badsample;
101 >                copycolor(arp->rcoef, hp->acoef);
102 >        if (rayorigin(arp, AMBIENT, hp->rp, arp->rcoef) < 0)
103 >                return(0);
104          if (ambacc > FTINY) {
105 <                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
106 <                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
105 >                multcolor(arp->rcoef, hp->acoef);
106 >                scalecolor(arp->rcoef, 1./AVGREFL);
107          }
108 <                                        /* generate hemispherical sample */
109 <        SDsquare2disk(spt,      (i+.1+.8*frandom())/hp->ns,
110 <                                (j+.1+.8*frandom())/hp->ns );
108 >        hlist[0] = hp->rp->rno;
109 >        hlist[1] = i;
110 >        hlist[2] = j;
111 >        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
112 >        if (!n) {                       /* avoid border samples for n==0 */
113 >                if ((spt[0] < 0.1) | (spt[0] > 0.9))
114 >                        spt[0] = 0.1 + 0.8*frandom();
115 >                if ((spt[1] < 0.1) | (spt[1] > 0.9))
116 >                        spt[1] = 0.1 + 0.8*frandom();
117 >        }
118 >        SDsquare2disk(spt, (i+spt[0])/hp->ns, (j+spt[1])/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] +
121 >                arp->rdir[ii] = spt[0]*hp->ux[ii] +
122                                  spt[1]*hp->uy[ii] +
123                                  zd*hp->rp->ron[ii];
124 <        checknorm(ar.rdir);
124 >        checknorm(arp->rdir);
125 >        return(1);
126 > }
127 >
128 >
129 > static AMBSAMP *
130 > ambsample(                              /* sample an ambient direction */
131 >        AMBHEMI *hp,
132 >        int     i,
133 >        int     j
134 > )
135 > {
136 >        AMBSAMP *ap = &ambsamp(hp,i,j);
137 >        RAY     ar;
138 >                                        /* generate hemispherical sample */
139 >        if (!prepambsamp(&ar, hp, i, j, 0))
140 >                goto badsample;
141          dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
142          rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
143          ndims--;
144 <        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
145 <                ar.rt = 20.0*maxarad;
144 >                                        /* limit vertex distance */
145 >        if (ar.rt > 10.0*thescene.cusize)
146 >                ar.rt = 10.0*thescene.cusize;
147          else if (ar.rt <= FTINY)        /* should never happen! */
148                  goto badsample;
149          VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
# Line 136 | Line 157 | badsample:
157   }
158  
159  
160 + /* Estimate errors based on ambient division differences */
161 + static float *
162 + getambdiffs(AMBHEMI *hp)
163 + {
164 +        float   *earr = calloc(hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
165 +        float   *ep;
166 +        double  b, d2;
167 +        int     i, j;
168 +
169 +        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
170 +                return(NULL);
171 +                                        /* compute squared neighbor diffs */
172 +        for (ep = earr, i = 0; i < hp->ns; i++)
173 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ep++) {
174 +                b = bright(ambsamp(hp,i,j).v);
175 +                if (i) {                /* from above */
176 +                        d2 = b - bright(ambsamp(hp,i-1,j).v);
177 +                        d2 *= d2;
178 +                        ep[0] += d2;
179 +                        ep[-hp->ns] += d2;
180 +                }
181 +                if (j) {                /* from behind */
182 +                        d2 = b - bright(ambsamp(hp,i,j-1).v);
183 +                        d2 *= d2;
184 +                        ep[0] += d2;
185 +                        ep[-1] += d2;
186 +                }
187 +            }
188 +                                        /* correct for number of neighbors */
189 +        earr[0] *= 2.f;
190 +        earr[hp->ns-1] *= 2.f;
191 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 2.f;
192 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 2.f;
193 +        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
194 +                earr[i*hp->ns] *= 4./3.;
195 +                earr[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 4./3.;
196 +        }
197 +        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
198 +                earr[j] *= 4./3.;
199 +                earr[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 4./3.;
200 +        }
201 +        return(earr);
202 + }
203 +
204 +
205 + /* Perform super-sampling on hemisphere */
206 + static void
207 + ambsupersamp(double acol[3], AMBHEMI *hp, int cnt)
208 + {
209 +        float   *earr = getambdiffs(hp);
210 +        double  e2sum = 0;
211 +        AMBSAMP *ap;
212 +        RAY     ar;
213 +        COLOR   asum;
214 +        float   *ep;
215 +        int     i, j, n;
216 +
217 +        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
218 +                return;
219 +                                        /* add up estimated variances */
220 +        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep-- > earr; )
221 +                e2sum += *ep;
222 +        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
223 +        for (ap = hp->sa, i = 0; i < hp->ns; i++)
224 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++) {
225 +                int     nss = *ep/e2sum*cnt + frandom();
226 +                setcolor(asum, 0., 0., 0.);
227 +                for (n = 1; n <= nss; n++) {
228 +                        if (!prepambsamp(&ar, hp, i, j, n)) {
229 +                                nss = n-1;
230 +                                break;
231 +                        }
232 +                        dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
233 +                        rayvalue(&ar);  /* evaluate super-sample */
234 +                        ndims--;
235 +                        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);
236 +                        addcolor(asum, ar.rcol);
237 +                }
238 +                if (nss) {              /* update returned ambient value */
239 +                        const double    ssf = 1./(nss + 1);
240 +                        for (n = 3; n--; )
241 +                                acol[n] += ssf*colval(asum,n) +
242 +                                                (ssf - 1.)*colval(ap->v,n);
243 +                }
244 +                e2sum -= *ep++;         /* update remainders */
245 +                cnt -= nss;
246 +        }
247 +        free(earr);
248 + }
249 +
250 +
251   /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
252   static void
253   comp_fftri(FFTRI *ftp, FVECT ap0, FVECT ap1, FVECT rop)
254   {
255 <        FVECT   vcp;
144 <        double  dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
255 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
256          int     i;
257  
258          VSUB(ftp->r_i, ap0, rop);
259          VSUB(ftp->r_i1, ap1, rop);
260          VSUB(ftp->e_i, ap1, ap0);
261 <        VCROSS(vcp, ftp->e_i, ftp->r_i);
262 <        ftp->nf = 1.0/DOT(vcp,vcp);
261 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
262 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
263          dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
264          dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
265          rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
266          rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
267          ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
268 <                        sqrt( ftp->nf );
268 >                        sqrt( rdot_cp );
269          ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
270 <                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*ftp->nf;
270 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
271          J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
272          for (i = 3; i--; )
273                  ftp->rI2_eJ2[i] = ftp->I2*ftp->r_i[i] + J2*ftp->e_i[i];
# Line 180 | Line 291 | compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
291   static void
292   comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
293   {
294 <        FVECT   vcp;
294 >        FVECT   ncp;
295          FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
296          double  d1, d2, d3, d4;
297          double  I3, J3, K3;
# Line 190 | Line 301 | comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
301          d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
302          d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
303          d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
304 <        I3 = 0.25*ftp->nf*( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 +
305 <                                3.0/d3*ftp->I2 );
304 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
305 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
306          J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
307          K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
308                                          /* intermediate matrices */
309 <        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
310 <        compose_matrix(m1, vcp, ftp->rI2_eJ2);
309 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
310 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
311          compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
312          compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
313          compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
314 <        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->e_i);
204 <        d1 = DOT(nrm, vcp);
314 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
315          d2 = -d1*ftp->I2;
316          d1 *= 2.0;
317          for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
# Line 245 | Line 355 | add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
355   static void
356   comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
357   {
358 <        FVECT   vcp;
358 >        FVECT   ncp;
359          double  f1;
360          int     i;
361  
362 <        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
363 <        f1 = 2.0*DOT(nrm, vcp);
254 <        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
362 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
363 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
364          for (i = 3; i--; )
365 <                grad[i] = (-0.5/PI)*( ftp->I1*vcp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
365 >                grad[i] = (-0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
366   }
367  
368  
# Line 280 | Line 389 | add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, F
389  
390   /* Return brightness of furthest ambient sample */
391   static COLORV
392 < back_ambval(struct s_ambsamp *ap1, struct s_ambsamp *ap2,
284 <                struct s_ambsamp *ap3, FVECT orig)
392 > back_ambval(AMBSAMP *ap1, AMBSAMP *ap2, AMBSAMP *ap3, FVECT orig)
393   {
394          COLORV  vback;
395          FVECT   vec;
# Line 321 | Line 429 | eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3
429          hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
430          hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
431          hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
432 <                                        /* compute eigenvalues */
433 <        if ( quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
434 <                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]) != 2 ||
435 <                        (evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY ||
436 <                        (evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY )
432 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
433 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
434 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
435 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
436 >                evalue[1] = evalue[0];
437 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
438 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) )
439                  error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
440  
441          if (evalue[0] > evalue[1]) {
# Line 416 | Line 526 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
526                      rev_hessian(hesscol);
527                      add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
528                  }
529 <                if (gradient != NULL) {
529 >                if (gradrow != NULL) {
530                      comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
531                      rev_gradient(gradcol);
532                      add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
# Line 466 | Line 576 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
576   static void
577   ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
578   {
579 <        struct s_ambsamp        *ap;
580 <        double                  dgsum[2];
581 <        int                     n;
582 <        FVECT                   vd;
583 <        double                  gfact;
579 >        AMBSAMP *ap;
580 >        double  dgsum[2];
581 >        int     n;
582 >        FVECT   vd;
583 >        double  gfact;
584  
585          dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
586          for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
# Line 478 | Line 588 | ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
588                  VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
589                                          /* brightness over cosine factor */
590                  gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
591 <                                        /* -sine = -proj_radius/vd_length */
592 <                dgsum[0] += DOT(uv[1], vd) * gfact;
593 <                dgsum[1] -= DOT(uv[0], vd) * gfact;
591 >                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
592 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
593 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
594          }
595          dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
596          dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
# Line 498 | Line 608 | doambient(                             /* compute ambient component */
608          float   dg[2]                   /* returned (optional) */
609   )
610   {
611 <        AMBHEMI                 *hp = inithemi(rcol, r, wt);
612 <        int                     cnt = 0;
613 <        FVECT                   my_uv[2];
614 <        double                  d, acol[3];
615 <        struct s_ambsamp        *ap;
616 <        int                     i, j;
611 >        AMBHEMI *hp = inithemi(rcol, r, wt);
612 >        int     cnt = 0;
613 >        FVECT   my_uv[2];
614 >        double  d, K, acol[3];
615 >        AMBSAMP *ap;
616 >        int     i, j;
617                                          /* check/initialize */
618          if (hp == NULL)
619                  return(0);
# Line 528 | Line 638 | doambient(                             /* compute ambient component */
638                  free(hp);
639                  return(0);              /* no valid samples */
640          }
641 +        if (cnt < hp->ns*hp->ns) {      /* incomplete sampling? */
642 +                copycolor(rcol, acol);
643 +                free(hp);
644 +                return(-1);             /* return value w/o Hessian */
645 +        }
646 +        cnt = ambssamp*wt + 0.5;        /* perform super-sampling? */
647 +        if (cnt > 0)
648 +                ambsupersamp(acol, hp, cnt);
649          copycolor(rcol, acol);          /* final indirect irradiance/PI */
650 <        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
533 <                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
650 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
651                  free(hp);
652                  return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
653          }
654 <        if (bright(acol) > FTINY)       /* normalize Y values */
655 <                d = cnt/bright(acol);
656 <        else
654 >        if (bright(acol) > FTINY) {     /* normalize Y values */
655 >                d = 0.99*cnt/bright(acol);
656 >                K = 0.01;
657 >        } else {                        /* geometric Hessian fall-back */
658                  d = 0.0;
659 +                K = 1.0;
660 +                pg = NULL;
661 +                dg = NULL;
662 +        }
663          ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
664          for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
665 <                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + 0.01;
665 >                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + K;
666  
667          if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
668                  uv = my_uv;
# Line 551 | Line 673 | doambient(                             /* compute ambient component */
673                  ambdirgrad(hp, uv, dg);
674  
675          if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
676 +                if (pg != NULL) {
677 +                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
678 +                                ra[0] = 1.0/d;
679 +                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
680 +                                ra[1] = 1.0/d;
681 +                        if (ra[0] > ra[1])
682 +                                ra[0] = ra[1];
683 +                }
684                  if (ra[0] < minarad) {
685                          ra[0] = minarad;
686                          if (ra[1] < minarad)
# Line 563 | Line 693 | doambient(                             /* compute ambient component */
693                          ra[1] = maxarad;
694                          if (ra[0] > maxarad)
695                                  ra[0] = maxarad;
696 +                }
697 +                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
698 +                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
699 +                        if (d > 1.0) {
700 +                                d = 1.0/sqrt(d);
701 +                                pg[0] *= d;
702 +                                pg[1] *= d;
703 +                        }
704                  }
705          }
706          free(hp);                       /* clean up and return */

Diff Legend

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