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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.26 by greg, Wed Apr 16 20:32:00 2014 UTC vs.
Revision 2.42 by greg, Wed Apr 30 23:44:06 2014 UTC

# Line 4 | Line 4 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
4   /*
5   * Routines to compute "ambient" values using Monte Carlo
6   *
7 + *  Hessian calculations based on "Practical Hessian-Based Error Control
8 + *      for Irradiance Caching" by Schwarzhaupt, Wann Jensen, & Jarosz
9 + *      from ACM SIGGRAPH Asia 2012 conference proceedings.
10 + *
11   *  Declarations of external symbols in ambient.h
12   */
13  
# Line 19 | Line 23 | extern void            SDsquare2disk(double ds[2], double seedx,
23  
24   typedef struct {
25          RAY     *rp;            /* originating ray sample */
26 <        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis directions */
26 >        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis unit vectors */
27          int     ns;             /* number of samples per axis */
28          COLOR   acoef;          /* division contribution coefficient */
29          struct s_ambsamp {
30                  COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
31 <                float   p[3];           /* intersection point */
31 >                FVECT   p;              /* intersection point */
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, rcp, rI2_eJ2;
41 +        double  I1, I2;
42 + } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
43  
44 +
45   static AMBHEMI *
46   inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
47          COLOR   ac,
# Line 46 | Line 57 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
57                          wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
58                  wt = d;                 /* avoid ray termination */
59          n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
60 <        i = 1 + 4*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
60 >        i = 1 + 5*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
61          if (n < i)
62                  n = i;
63                                          /* allocate sampling array */
64 <        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) +
54 <                                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 60 | Line 70 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
70          copycolor(hp->acoef, ac);
71          d = 1.0/(n*n);
72          scalecolor(hp->acoef, d);
73 <                                        /* make tangent axes */
74 <        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
75 <        for (i = 0; i < 3; i++)
76 <                if (r->rn[i] < 0.6 && r->rn[i] > -0.6)
73 >                                        /* make tangent plane axes */
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->rn);
83 >        VCROSS(hp->ux, hp->uy, r->ron);
84          normalize(hp->ux);
85 <        VCROSS(hp->uy, r->rn, hp->ux);
85 >        VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
86                                          /* we're ready to sample */
87          return(hp);
88   }
89  
90  
91 + /* Prepare ambient division sample */
92   static int
93 < ambsample(                              /* sample an ambient direction */
81 <        AMBHEMI *hp,
82 <        int     i,
83 <        int     j,
84 < )
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;
88 <        int                     hlist[3];
89 <        double                  spt[2], dz;
90 <        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 <                setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
98 <                ap->r = 0.;
99 <                return(0);              /* no sample taken */
100 <        }
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+frandom())/hp->ns, (j+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 +                                        /* 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);
150          multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
151          copycolor(ap->v, ar.rcol);
152 <        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
153 <                ar.rt = 20.0*maxarad;
154 <        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
155 <        return(1);
152 >        return(ap);
153 > badsample:
154 >        setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
155 >        VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
156 >        return(NULL);
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 +        AMBSAMP *ap;
167 +        double  b, d2;
168 +        int     i, j;
169 +
170 +        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
171 +                return(NULL);
172 +                                        /* compute squared neighbor diffs */
173 +        for (ap = hp->sa, ep = earr, i = 0; i < hp->ns; i++)
174 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
175 +                b = bright(ap[0].v);
176 +                if (i) {                /* from above */
177 +                        d2 = b - bright(ap[-hp->ns].v);
178 +                        d2 *= d2;
179 +                        ep[0] += d2;
180 +                        ep[-hp->ns] += d2;
181 +                }
182 +                if (j) {                /* from behind */
183 +                        d2 = b - bright(ap[-1].v);
184 +                        d2 *= d2;
185 +                        ep[0] += d2;
186 +                        ep[-1] += d2;
187 +                }
188 +            }
189 +                                        /* correct for number of neighbors */
190 +        earr[0] *= 2.f;
191 +        earr[hp->ns-1] *= 2.f;
192 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 2.f;
193 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 2.f;
194 +        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
195 +                earr[i*hp->ns] *= 4./3.;
196 +                earr[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 4./3.;
197 +        }
198 +        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
199 +                earr[j] *= 4./3.;
200 +                earr[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 4./3.;
201 +        }
202 +        return(earr);
203 + }
204 +
205 +
206 + /* Perform super-sampling on hemisphere */
207   static void
208 + ambsupersamp(double acol[3], AMBHEMI *hp, int cnt)
209 + {
210 +        float   *earr = getambdiffs(hp);
211 +        double  e2sum = 0;
212 +        AMBSAMP *ap;
213 +        RAY     ar;
214 +        COLOR   asum;
215 +        float   *ep;
216 +        int     i, j, n;
217 +
218 +        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
219 +                return;
220 +                                        /* add up estimated variances */
221 +        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep-- > earr; )
222 +                e2sum += *ep;
223 +        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
224 +        for (ap = hp->sa, i = 0; i < hp->ns; i++)
225 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++) {
226 +                int     nss = *ep/e2sum*cnt + frandom();
227 +                setcolor(asum, 0., 0., 0.);
228 +                for (n = 1; n <= nss; n++) {
229 +                        if (!prepambsamp(&ar, hp, i, j, n)) {
230 +                                nss = n-1;
231 +                                break;
232 +                        }
233 +                        dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
234 +                        rayvalue(&ar);  /* evaluate super-sample */
235 +                        ndims--;
236 +                        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);
237 +                        addcolor(asum, ar.rcol);
238 +                }
239 +                if (nss) {              /* update returned ambient value */
240 +                        const double    ssf = 1./(nss + 1);
241 +                        for (n = 3; n--; )
242 +                                acol[n] += ssf*colval(asum,n) +
243 +                                                (ssf - 1.)*colval(ap->v,n);
244 +                }
245 +                e2sum -= *ep++;         /* update remainders */
246 +                cnt -= nss;
247 +        }
248 +        free(earr);
249 + }
250 +
251 +
252 + /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
253 + static void
254 + comp_fftri(FFTRI *ftp, FVECT ap0, FVECT ap1, FVECT rop)
255 + {
256 +        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
257 +        int     i;
258 +
259 +        VSUB(ftp->r_i, ap0, rop);
260 +        VSUB(ftp->r_i1, ap1, rop);
261 +        VSUB(ftp->e_i, ap1, ap0);
262 +        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
263 +        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
264 +        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
265 +        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
266 +        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
267 +        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
268 +        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
269 +                        sqrt( rdot_cp );
270 +        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
271 +                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
272 +        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
273 +        for (i = 3; i--; )
274 +                ftp->rI2_eJ2[i] = ftp->I2*ftp->r_i[i] + J2*ftp->e_i[i];
275 + }
276 +
277 +
278 + /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
279 + static void
280 + compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
281 + {
282 +        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
283 +        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
284 +        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
285 +        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
286 +        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
287 +        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
288 + }
289 +
290 +
291 + /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
292 + static void
293 + comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
294 + {
295 +        FVECT   ncp;
296 +        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
297 +        double  d1, d2, d3, d4;
298 +        double  I3, J3, K3;
299 +        int     i, j;
300 +                                        /* compute intermediate coefficients */
301 +        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
302 +        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
303 +        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
304 +        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
305 +        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
306 +                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
307 +        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
308 +        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
309 +                                        /* intermediate matrices */
310 +        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
311 +        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
312 +        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
313 +        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
314 +        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
315 +        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
316 +        d2 = -d1*ftp->I2;
317 +        d1 *= 2.0;
318 +        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
319 +            for (j = 3; j--; ) {
320 +                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
321 +                                                2.0*J3*m4[i][j] );
322 +                hess[i][j] += d2*(i==j);
323 +                hess[i][j] *= 1.0/PI;
324 +            }
325 + }
326 +
327 +
328 + /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
329 + static void
330 + rev_hessian(FVECT hess[3])
331 + {
332 +        int     i;
333 +
334 +        for (i = 3; i--; ) {
335 +                hess[i][0] = -hess[i][0];
336 +                hess[i][1] = -hess[i][1];
337 +                hess[i][2] = -hess[i][2];
338 +        }
339 + }
340 +
341 +
342 + /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
343 + static void
344 + add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
345 +                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], COLORV v)
346 + {
347 +        int     i, j;
348 +
349 +        for (i = 3; i--; )
350 +            for (j = 3; j--; )
351 +                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
352 + }
353 +
354 +
355 + /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
356 + static void
357 + comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
358 + {
359 +        FVECT   ncp;
360 +        double  f1;
361 +        int     i;
362 +
363 +        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
364 +        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
365 +        for (i = 3; i--; )
366 +                grad[i] = (-0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
367 + }
368 +
369 +
370 + /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
371 + static void
372 + rev_gradient(FVECT grad)
373 + {
374 +        grad[0] = -grad[0];
375 +        grad[1] = -grad[1];
376 +        grad[2] = -grad[2];
377 + }
378 +
379 +
380 + /* Add to displacement gradient from the given triangle */
381 + static void
382 + add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, COLORV v)
383 + {
384 +        int     i;
385 +
386 +        for (i = 3; i--; )
387 +                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
388 + }
389 +
390 +
391 + /* Return brightness of furthest ambient sample */
392 + static COLORV
393 + back_ambval(AMBSAMP *ap1, AMBSAMP *ap2, AMBSAMP *ap3, FVECT orig)
394 + {
395 +        COLORV  vback;
396 +        FVECT   vec;
397 +        double  d2, d2best;
398 +
399 +        VSUB(vec, ap1->p, orig);
400 +        d2best = DOT(vec,vec);
401 +        vback = colval(ap1->v,CIEY);
402 +        VSUB(vec, ap2->p, orig);
403 +        d2 = DOT(vec,vec);
404 +        if (d2 > d2best) {
405 +                d2best = d2;
406 +                vback = colval(ap2->v,CIEY);
407 +        }
408 +        VSUB(vec, ap3->p, orig);
409 +        d2 = DOT(vec,vec);
410 +        if (d2 > d2best)
411 +                return(colval(ap3->v,CIEY));
412 +        return(vback);
413 + }
414 +
415 +
416 + /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
417 + static int
418 + eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
419 + {
420 +        double  hess2[2][2];
421 +        FVECT   a, b;
422 +        double  evalue[2], slope1, xmag1;
423 +        int     i;
424 +                                        /* project Hessian to sample plane */
425 +        for (i = 3; i--; ) {
426 +                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
427 +                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
428 +        }
429 +        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
430 +        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
431 +        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
432 +        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
433 +                                        /* compute eigenvalue(s) */
434 +        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
435 +                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
436 +        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
437 +                evalue[1] = evalue[0];
438 +        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
439 +                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) )
440 +                error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
441 +
442 +        if (evalue[0] > evalue[1]) {
443 +                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
444 +                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
445 +                slope1 = evalue[1];
446 +        } else {
447 +                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
448 +                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
449 +                slope1 = evalue[0];
450 +        }
451 +                                        /* compute unit eigenvectors */
452 +        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
453 +                return;                 /* uv OK as is */
454 +        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
455 +        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
456 +        for (i = 3; i--; ) {
457 +                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
458 +                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
459 +        }
460 +        VCOPY(uv[0], a);
461 +        VCOPY(uv[1], b);
462 + }
463 +
464 +
465 + static void
466   ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
467          AMBHEMI *hp,
468          FVECT   uv[2],                  /* returned */
469 <        float   ra[2],                  /* returned */
470 <        float   pg[2]                   /* returned */
469 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
470 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
471   )
472   {
473 <        if (ra != NULL) {               /* compute Hessian-derived radii */
474 <        } else {                        /* else copy original tangent axes */
475 <                VCOPY(uv[0], hp->ux);
476 <                VCOPY(uv[1], hp->uy);
477 <        }
478 <        if (pg == NULL)                 /* no position gradient requested? */
473 >        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
474 >        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
475 >        FVECT           *gradrow = NULL;
476 >        FVECT           hessian[3];
477 >        FVECT           gradient;
478 >        FFTRI           fftr;
479 >        int             i, j;
480 >                                        /* be sure to assign unit vectors */
481 >        VCOPY(uv[0], hp->ux);
482 >        VCOPY(uv[1], hp->uy);
483 >                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
484 >        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
485 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
486 >                if (hessrow == NULL)
487 >                        error(SYSTEM, memerrmsg);
488 >                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
489 >        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
490                  return;
491 +        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
492 +                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
493 +                if (gradrow == NULL)
494 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
495 +                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
496 +        }
497 +                                        /* compute first row of edges */
498 +        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
499 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,0,j).p,
500 +                                ambsamp(hp,0,j+1).p, hp->rp->rop);
501 +                if (hessrow != NULL)
502 +                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
503 +                if (gradrow != NULL)
504 +                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
505 +        }
506 +                                        /* sum each row of triangles */
507 +        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
508 +            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
509 +            FVECT       gradcol;
510 +            comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,0).p,
511 +                        ambsamp(hp,i+1,0).p, hp->rp->rop);
512 +            if (hessrow != NULL)
513 +                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
514 +            if (gradrow != NULL)
515 +                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
516 +            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
517 +                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
518 +                FVECT   graddia;
519 +                COLORV  backg;
520 +                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j), &ambsamp(hp,i,j+1),
521 +                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
522 +                                        /* diagonal (inner) edge */
523 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p,
524 +                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
525 +                if (hessrow != NULL) {
526 +                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
527 +                    rev_hessian(hesscol);
528 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
529 +                }
530 +                if (gradrow != NULL) {
531 +                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
532 +                    rev_gradient(gradcol);
533 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
534 +                }
535 +                                        /* initialize edge in next row */
536 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
537 +                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
538 +                if (hessrow != NULL)
539 +                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
540 +                if (gradrow != NULL)
541 +                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
542 +                                        /* new column edge & paired triangle */
543 +                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j+1), &ambsamp(hp,i+1,j+1),
544 +                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
545 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
546 +                                hp->rp->rop);
547 +                if (hessrow != NULL) {
548 +                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
549 +                    rev_hessian(hessdia);
550 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
551 +                    if (i < hp->ns-2)
552 +                        rev_hessian(hessrow[j]);
553 +                }
554 +                if (gradrow != NULL) {
555 +                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
556 +                    rev_gradient(graddia);
557 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
558 +                    if (i < hp->ns-2)
559 +                        rev_gradient(gradrow[j]);
560 +                }
561 +            }
562 +        }
563 +                                        /* release row buffers */
564 +        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
565 +        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
566 +        
567 +        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
568 +                eigenvectors(uv, ra, hessian);
569 +        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
570 +                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
571 +                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
572 +        }
573   }
574  
575 +
576 + /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
577 + static void
578 + ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
579 + {
580 +        AMBSAMP *ap;
581 +        double  dgsum[2];
582 +        int     n;
583 +        FVECT   vd;
584 +        double  gfact;
585 +
586 +        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
587 +        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
588 +                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
589 +                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
590 +                                        /* brightness over cosine factor */
591 +                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
592 +                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
593 +                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
594 +                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
595 +        }
596 +        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
597 +        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
598 + }
599 +
600 +
601   int
602   doambient(                              /* compute ambient component */
603          COLOR   rcol,                   /* input/output color */
604          RAY     *r,
605          double  wt,
606 <        FVECT   uv[2],                  /* returned */
607 <        float   ra[2],                  /* returned */
608 <        float   pg[2],                  /* returned */
609 <        float   dg[2]                   /* returned */
606 >        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
607 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
608 >        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
609 >        float   dg[2]                   /* returned (optional) */
610   )
611   {
612 <        int                     cnt = 0;
613 <        FVECT                   my_uv[2];
614 <        AMBHEMI                 *hp;
615 <        double                  d, acol[3];
616 <        struct s_ambsamp        *ap;
617 <        int                     i, j;
618 <                                        /* initialize */
619 <        if ((hp = inithemi(rcol, r, wt)) == NULL)
612 >        AMBHEMI *hp = inithemi(rcol, r, wt);
613 >        int     cnt = 0;
614 >        FVECT   my_uv[2];
615 >        double  d, K, acol[3];
616 >        AMBSAMP *ap;
617 >        int     i, j;
618 >                                        /* check/initialize */
619 >        if (hp == NULL)
620                  return(0);
621          if (uv != NULL)
622                  memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
# Line 169 | Line 628 | doambient(                             /* compute ambient component */
628                  dg[0] = dg[1] = 0.0;
629                                          /* sample the hemisphere */
630          acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
631 <        for (i = hemi.ns; i--; )
632 <                for (j = hemi.ns; j--; )
633 <                        if (ambsample(hp, i, j)) {
175 <                                ap = &ambsamp(hp,i,j);
631 >        for (i = hp->ns; i--; )
632 >                for (j = hp->ns; j--; )
633 >                        if ((ap = ambsample(hp, i, j)) != NULL) {
634                                  addcolor(acol, ap->v);
635                                  ++cnt;
636                          }
# Line 181 | Line 639 | doambient(                             /* compute ambient component */
639                  free(hp);
640                  return(0);              /* no valid samples */
641          }
642 <        d = 1.0 / cnt;                  /* final indirect irradiance/PI */
643 <        acol[0] *= d; acol[1] *= d; acol[2] *= d;
186 <        copycolor(rcol, acol);
187 <        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
188 <                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
642 >        if (cnt < hp->ns*hp->ns) {      /* incomplete sampling? */
643 >                copycolor(rcol, acol);
644                  free(hp);
645 +                return(-1);             /* return value w/o Hessian */
646 +        }
647 +        cnt = ambssamp*wt + 0.5;        /* perform super-sampling? */
648 +        if (cnt > 0)
649 +                ambsupersamp(acol, hp, cnt);
650 +        copycolor(rcol, acol);          /* final indirect irradiance/PI */
651 +        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
652 +                free(hp);
653                  return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
654          }
655 <        d = 0.01 * bright(rcol);        /* add in 1% before Hessian comp. */
656 <        if (d < FTINY) d = FTINY;
657 <        ap = hp->sa;                    /* using Y channel from here on... */
655 >        if (bright(acol) > FTINY) {     /* normalize Y values */
656 >                d = 0.99*cnt/bright(acol);
657 >                K = 0.01;
658 >        } else {                        /* geometric Hessian fall-back */
659 >                d = 0.0;
660 >                K = 1.0;
661 >                pg = NULL;
662 >                dg = NULL;
663 >        }
664 >        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
665          for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
666 <                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v) + d;
666 >                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + K;
667  
668          if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
669                  uv = my_uv;
670                                          /* compute radii & pos. gradient */
671          ambHessian(hp, uv, ra, pg);
672 +
673          if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
674                  ambdirgrad(hp, uv, dg);
675 <        if (ra != NULL) {               /* adjust/clamp radii */
676 <                d = pow(wt, -0.25);
677 <                if ((ra[0] *= d) > maxarad)
678 <                        ra[0] = maxarad;
675 >
676 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
677 >                if (pg != NULL) {
678 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
679 >                                ra[0] = 1.0/d;
680 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
681 >                                ra[1] = 1.0/d;
682 >                        if (ra[0] > ra[1])
683 >                                ra[0] = ra[1];
684 >                }
685 >                if (ra[0] < minarad) {
686 >                        ra[0] = minarad;
687 >                        if (ra[1] < minarad)
688 >                                ra[1] = minarad;
689 >                }
690 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(sqrt(wt));
691                  if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
692                          ra[1] = 2.0*ra[0];
693 +                if (ra[1] > maxarad) {
694 +                        ra[1] = maxarad;
695 +                        if (ra[0] > maxarad)
696 +                                ra[0] = maxarad;
697 +                }
698 +                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
699 +                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
700 +                        if (d > 1.0) {
701 +                                d = 1.0/sqrt(d);
702 +                                pg[0] *= d;
703 +                                pg[1] *= d;
704 +                        }
705 +                }
706          }
707          free(hp);                       /* clean up and return */
708          return(1);

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+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines