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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.29 by greg, Wed Apr 23 06:04:17 2014 UTC vs.
Revision 2.63 by greg, Thu Jun 19 16:26:55 2014 UTC

# Line 8 | Line 8 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
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 17 | Line 21 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
21   #include  "ambient.h"
22   #include  "random.h"
23  
24 < #ifdef NEWAMB
24 > #ifndef OLDAMB
25  
26   extern void             SDsquare2disk(double ds[2], double seedx, double seedy);
27  
28   typedef struct {
29 +        COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
30 +        float   d;              /* reciprocal distance (1/rt) */
31 +        FVECT   p;              /* intersection point */
32 + } AMBSAMP;              /* sample value */
33 +
34 + typedef struct {
35          RAY     *rp;            /* originating ray sample */
26 –        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis unit vectors */
36          int     ns;             /* number of samples per axis */
37 +        int     sampOK;         /* acquired full sample set? */
38          COLOR   acoef;          /* division contribution coefficient */
39 <        struct s_ambsamp {
40 <                COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
41 <                float   p[3];           /* intersection point */
32 <        } sa[1];                /* sample array (extends struct) */
39 >        double  acol[3];        /* accumulated color */
40 >        FVECT   ux, uy;         /* tangent axis unit vectors */
41 >        AMBSAMP sa[1];          /* sample array (extends struct) */
42   }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
43  
44 < #define ambsamp(h,i,j)  (h)->sa[(i)*(h)->ns + (j)]
44 > #define AI(h,i,j)       ((i)*(h)->ns + (j))
45 > #define ambsam(h,i,j)   (h)->sa[AI(h,i,j)]
46  
47   typedef struct {
48 <        FVECT   r_i, r_i1, e_i;
49 <        double  nf, I1, I2, J2;
48 >        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rcp, rI2_eJ2;
49 >        double  I1, I2;
50   } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
51  
52  
53 + static int
54 + ambsample(                              /* initial ambient division sample */
55 +        AMBHEMI *hp,
56 +        int     i,
57 +        int     j,
58 +        int     n
59 + )
60 + {
61 +        AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
62 +        RAY     ar;
63 +        int     hlist[3], ii;
64 +        double  spt[2], zd;
65 +                                        /* generate hemispherical sample */
66 +                                        /* ambient coefficient for weight */
67 +        if (ambacc > FTINY)
68 +                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
69 +        else
70 +                copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
71 +        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
72 +                return(0);
73 +        if (ambacc > FTINY) {
74 +                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
75 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
76 +        }
77 +        hlist[0] = hp->rp->rno;
78 +        hlist[1] = j;
79 +        hlist[2] = i;
80 +        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+n));
81 +        if (!n) {                       /* avoid border samples for n==0 */
82 +                if ((spt[0] < 0.1) | (spt[0] >= 0.9))
83 +                        spt[0] = 0.1 + 0.8*frandom();
84 +                if ((spt[1] < 0.1) | (spt[1] >= 0.9))
85 +                        spt[1] = 0.1 + 0.8*frandom();
86 +        }
87 +        SDsquare2disk(spt, (j+spt[1])/hp->ns, (i+spt[0])/hp->ns);
88 +        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
89 +        for (ii = 3; ii--; )
90 +                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
91 +                                spt[1]*hp->uy[ii] +
92 +                                zd*hp->rp->ron[ii];
93 +        checknorm(ar.rdir);
94 +        dimlist[ndims++] = AI(hp,i,j) + 90171;
95 +        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
96 +        ndims--;
97 +        if (ar.rt <= FTINY)
98 +                return(0);              /* should never happen */
99 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
100 +        if (ar.rt*ap->d < 1.0)          /* new/closer distance? */
101 +                ap->d = 1.0/ar.rt;
102 +        if (!n) {                       /* record first vertex & value */
103 +                if (ar.rt > 10.0*thescene.cusize)
104 +                        ar.rt = 10.0*thescene.cusize;
105 +                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
106 +                copycolor(ap->v, ar.rcol);
107 +        } else {                        /* else update recorded value */
108 +                hp->acol[RED] -= colval(ap->v,RED);
109 +                hp->acol[GRN] -= colval(ap->v,GRN);
110 +                hp->acol[BLU] -= colval(ap->v,BLU);
111 +                zd = 1.0/(double)(n+1);
112 +                scalecolor(ar.rcol, zd);
113 +                zd *= (double)n;
114 +                scalecolor(ap->v, zd);
115 +                addcolor(ap->v, ar.rcol);
116 +        }
117 +        addcolor(hp->acol, ap->v);      /* add to our sum */
118 +        return(1);
119 + }
120 +
121 +
122 + /* Estimate errors based on ambient division differences */
123 + static float *
124 + getambdiffs(AMBHEMI *hp)
125 + {
126 +        float   *earr = (float *)calloc(hp->ns*hp->ns, sizeof(float));
127 +        float   *ep;
128 +        AMBSAMP *ap;
129 +        double  b, d2;
130 +        int     i, j;
131 +
132 +        if (earr == NULL)               /* out of memory? */
133 +                return(NULL);
134 +                                        /* compute squared neighbor diffs */
135 +        for (ap = hp->sa, ep = earr, i = 0; i < hp->ns; i++)
136 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++, ep++) {
137 +                b = bright(ap[0].v);
138 +                if (i) {                /* from above */
139 +                        d2 = b - bright(ap[-hp->ns].v);
140 +                        d2 *= d2;
141 +                        ep[0] += d2;
142 +                        ep[-hp->ns] += d2;
143 +                }
144 +                if (!j) continue;
145 +                                        /* from behind */
146 +                d2 = b - bright(ap[-1].v);
147 +                d2 *= d2;
148 +                ep[0] += d2;
149 +                ep[-1] += d2;
150 +                if (!i) continue;
151 +                                        /* diagonal */
152 +                d2 = b - bright(ap[-hp->ns-1].v);
153 +                d2 *= d2;
154 +                ep[0] += d2;
155 +                ep[-hp->ns-1] += d2;
156 +            }
157 +                                        /* correct for number of neighbors */
158 +        earr[0] *= 8./3.;
159 +        earr[hp->ns-1] *= 8./3.;
160 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns] *= 8./3.;
161 +        earr[(hp->ns-1)*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./3.;
162 +        for (i = 1; i < hp->ns-1; i++) {
163 +                earr[i*hp->ns] *= 8./5.;
164 +                earr[i*hp->ns + hp->ns-1] *= 8./5.;
165 +        }
166 +        for (j = 1; j < hp->ns-1; j++) {
167 +                earr[j] *= 8./5.;
168 +                earr[(hp->ns-1)*hp->ns + j] *= 8./5.;
169 +        }
170 +        return(earr);
171 + }
172 +
173 +
174 + /* Perform super-sampling on hemisphere (introduces bias) */
175 + static void
176 + ambsupersamp(AMBHEMI *hp, int cnt)
177 + {
178 +        float   *earr = getambdiffs(hp);
179 +        double  e2rem = 0;
180 +        AMBSAMP *ap;
181 +        RAY     ar;
182 +        float   *ep;
183 +        int     i, j, n, nss;
184 +
185 +        if (earr == NULL)               /* just skip calc. if no memory */
186 +                return;
187 +                                        /* accumulate estimated variances */
188 +        for (ep = earr + hp->ns*hp->ns; ep > earr; )
189 +                e2rem += *--ep;
190 +        ep = earr;                      /* perform super-sampling */
191 +        for (ap = hp->sa, i = 0; i < hp->ns; i++)
192 +            for (j = 0; j < hp->ns; j++, ap++) {
193 +                if (e2rem <= FTINY)
194 +                        goto done;      /* nothing left to do */
195 +                nss = *ep/e2rem*cnt + frandom();
196 +                for (n = 1; n <= nss && ambsample(hp,i,j,n); n++)
197 +                        --cnt;
198 +                e2rem -= *ep++;         /* update remainder */
199 +        }
200 + done:
201 +        free(earr);
202 + }
203 +
204 +
205   static AMBHEMI *
206 < inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
207 <        COLOR   ac,
206 > samp_hemi(                              /* sample indirect hemisphere */
207 >        COLOR   rcol,
208          RAY     *r,
209          double  wt
210   )
211   {
212          AMBHEMI *hp;
213          double  d;
214 <        int     n, i;
214 >        int     n, i, j;
215                                          /* set number of divisions */
216          if (ambacc <= FTINY &&
217 <                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
217 >                        wt > (d = 0.8*intens(rcol)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
218                  wt = d;                 /* avoid ray termination */
219          n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
220          i = 1 + 5*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
221          if (n < i)
222                  n = i;
223                                          /* allocate sampling array */
224 <        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) +
63 <                                sizeof(struct s_ambsamp)*(n*n - 1));
224 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) + sizeof(AMBSAMP)*(n*n - 1));
225          if (hp == NULL)
226 <                return(NULL);
226 >                error(SYSTEM, "out of memory in samp_hemi");
227          hp->rp = r;
228          hp->ns = n;
229 +        hp->acol[RED] = hp->acol[GRN] = hp->acol[BLU] = 0.0;
230 +        memset(hp->sa, 0, sizeof(AMBSAMP)*n*n);
231 +        hp->sampOK = 0;
232                                          /* assign coefficient */
233 <        copycolor(hp->acoef, ac);
233 >        copycolor(hp->acoef, rcol);
234          d = 1.0/(n*n);
235          scalecolor(hp->acoef, d);
236                                          /* make tangent plane axes */
237 <        hp->uy[0] = 0.1 - 0.2*frandom();
238 <        hp->uy[1] = 0.1 - 0.2*frandom();
239 <        hp->uy[2] = 0.1 - 0.2*frandom();
240 <        for (i = 0; i < 3; i++)
241 <                if (r->ron[i] < 0.6 && r->ron[i] > -0.6)
237 >        hp->uy[0] = 0.5 - frandom();
238 >        hp->uy[1] = 0.5 - frandom();
239 >        hp->uy[2] = 0.5 - frandom();
240 >        for (i = 3; i--; )
241 >                if ((-0.6 < r->ron[i]) & (r->ron[i] < 0.6))
242                          break;
243 <        if (i >= 3)
244 <                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi()");
243 >        if (i < 0)
244 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in samp_hemi");
245          hp->uy[i] = 1.0;
246          VCROSS(hp->ux, hp->uy, r->ron);
247          normalize(hp->ux);
248          VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
249 <                                        /* we're ready to sample */
250 <        return(hp);
249 >                                        /* sample divisions */
250 >        for (i = hp->ns; i--; )
251 >            for (j = hp->ns; j--; )
252 >                hp->sampOK += ambsample(hp, i, j, 0);
253 >        copycolor(rcol, hp->acol);
254 >        if (!hp->sampOK) {              /* utter failure? */
255 >                free(hp);
256 >                return(NULL);
257 >        }
258 >        if (hp->sampOK < hp->ns*hp->ns) {
259 >                hp->sampOK *= -1;       /* soft failure */
260 >                return(hp);
261 >        }
262 >        n = ambssamp*wt + 0.5;
263 >        if (n > 8) {                    /* perform super-sampling? */
264 >                ambsupersamp(hp, n);
265 >                copycolor(rcol, hp->acol);
266 >        }
267 >        return(hp);                     /* all is well */
268   }
269  
270  
271 < static struct s_ambsamp *
272 < ambsample(                              /* sample an ambient direction */
273 <        AMBHEMI *hp,
93 <        int     i,
94 <        int     j
95 < )
271 > /* Return brightness of farthest ambient sample */
272 > static double
273 > back_ambval(AMBHEMI *hp, const int n1, const int n2, const int n3)
274   {
275 <        struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
276 <        RAY                     ar;
277 <        double                  spt[2], zd;
278 <        int                     ii;
101 <                                        /* ambient coefficient for weight */
102 <        if (ambacc > FTINY)
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.);
108 <                VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
109 <                return(NULL);           /* no sample taken */
275 >        if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n2].d) {
276 >                if (hp->sa[n1].d <= hp->sa[n3].d)
277 >                        return(colval(hp->sa[n1].v,CIEY));
278 >                return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
279          }
280 <        if (ambacc > FTINY) {
281 <                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
282 <                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
114 <        }
115 <                                        /* generate hemispherical sample */
116 <        SDsquare2disk(spt,      (i+.1+.8*frandom())/hp->ns,
117 <                                (j+.1+.8*frandom())/hp->ns );
118 <        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
119 <        for (ii = 3; ii--; )
120 <                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
121 <                                spt[1]*hp->uy[ii] +
122 <                                zd*hp->rp->ron[ii];
123 <        checknorm(ar.rdir);
124 <        dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
125 <        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
126 <        ndims--;
127 <        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
128 <        copycolor(ap->v, ar.rcol);
129 <        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
130 <                VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, 20.0*maxarad);
131 <        else
132 <                VCOPY(ap->p, ar.rop);
133 <        return(ap);
280 >        if (hp->sa[n2].d <= hp->sa[n3].d)
281 >                return(colval(hp->sa[n2].v,CIEY));
282 >        return(colval(hp->sa[n3].v,CIEY));
283   }
284  
285  
286   /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
287   static void
288 < comp_fftri(FFTRI *ftp, float ap0[3], float ap1[3], FVECT rop)
288 > comp_fftri(FFTRI *ftp, AMBHEMI *hp, const int n0, const int n1)
289   {
290 <        FVECT   v1;
291 <        double  dot_e, dot_er, dot_r, dot_r1;
290 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
291 >        int     ii;
292  
293 <        VSUB(ftp->r_i, ap0, rop);
294 <        VSUB(ftp->r_i1, ap1, rop);
295 <        VSUB(ftp->e_i, ap1, ap0);
296 <        VCROSS(v1, ftp->e_i, ftp->r_i);
297 <        ftp->nf = 1.0/DOT(v1,v1);
293 >        VSUB(ftp->r_i, hp->sa[n0].p, hp->rp->rop);
294 >        VSUB(ftp->r_i1, hp->sa[n1].p, hp->rp->rop);
295 >        VSUB(ftp->e_i, hp->sa[n1].p, hp->sa[n0].p);
296 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
297 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
298          dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
299          dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
300 <        dot_r = DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
301 <        dot_r1 = DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
302 <        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) / sqrt(dot_r*dot_r1) ) *
303 <                        sqrt( ftp->nf );
304 <        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)/dot_r1 - dot_er/dot_r +
305 <                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*ftp->nf;
306 <        ftp->J2 =  0.5/dot_e*( 1.0/dot_r - 1.0/dot_r1 ) -
307 <                        dot_er/dot_e*ftp->I2;
300 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
301 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
302 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
303 >                        sqrt( rdot_cp );
304 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
305 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
306 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
307 >        for (ii = 3; ii--; )
308 >                ftp->rI2_eJ2[ii] = ftp->I2*ftp->r_i[ii] + J2*ftp->e_i[ii];
309   }
310  
311  
# Line 176 | Line 326 | compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
326   static void
327   comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
328   {
329 <        FVECT   v1, v2;
329 >        FVECT   ncp;
330          FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
331          double  d1, d2, d3, d4;
332          double  I3, J3, K3;
# Line 186 | Line 336 | comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
336          d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
337          d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
338          d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
339 <        I3 = 0.25*ftp->nf*( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 +
340 <                                3.0/d3*ftp->I2 );
339 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
340 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
341          J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
342          K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
343                                          /* intermediate matrices */
344 <        VCROSS(v1, nrm, ftp->e_i);
345 <        for (j = 3; j--; )
196 <                v2[j] = ftp->I2*ftp->r_i[j] + ftp->J2*ftp->e_i[j];
197 <        compose_matrix(m1, v1, v2);
344 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
345 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
346          compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
347          compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
348          compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
349 <        VCROSS(v1, ftp->r_i, ftp->e_i);
202 <        d1 = DOT(nrm, v1);
349 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
350          d2 = -d1*ftp->I2;
351          d1 *= 2.0;
352          for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
# Line 229 | Line 376 | rev_hessian(FVECT hess[3])
376   /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
377   static void
378   add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
379 <                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], COLORV v)
379 >                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], double v)
380   {
381          int     i, j;
382  
# Line 243 | Line 390 | add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
390   static void
391   comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
392   {
393 <        FVECT   vcp;
393 >        FVECT   ncp;
394          double  f1;
395          int     i;
396  
397 <        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
398 <        f1 = 2.0*DOT(nrm, vcp);
252 <        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
397 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
398 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
399          for (i = 3; i--; )
400 <                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*vcp[i] +
255 <                            f1*(ftp->I2*ftp->r_i[i] + ftp->J2*ftp->e_i[i]) );
400 >                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
401   }
402  
403  
# Line 268 | Line 413 | rev_gradient(FVECT grad)
413  
414   /* Add to displacement gradient from the given triangle */
415   static void
416 < add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, COLORV v)
416 > add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, double v)
417   {
418          int     i;
419  
# Line 277 | Line 422 | add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, F
422   }
423  
424  
280 – /* Return brightness of furthest ambient sample */
281 – static COLORV
282 – back_ambval(struct s_ambsamp *ap1, struct s_ambsamp *ap2,
283 –                struct s_ambsamp *ap3, FVECT orig)
284 – {
285 –        COLORV  vback;
286 –        FVECT   vec;
287 –        double  d2, d2best;
288 –
289 –        VSUB(vec, ap1->p, orig);
290 –        d2best = DOT(vec,vec);
291 –        vback = colval(ap1->v,CIEY);
292 –        VSUB(vec, ap2->p, orig);
293 –        d2 = DOT(vec,vec);
294 –        if (d2 > d2best) {
295 –                d2best = d2;
296 –                vback = colval(ap2->v,CIEY);
297 –        }
298 –        VSUB(vec, ap3->p, orig);
299 –        d2 = DOT(vec,vec);
300 –        if (d2 > d2best)
301 –                return(colval(ap3->v,CIEY));
302 –        return(vback);
303 – }
304 –
305 –
425   /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
426 < static int
426 > static void
427   eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
428   {
429          double  hess2[2][2];
# Line 320 | Line 439 | eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3
439          hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
440          hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
441          hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
442 <                                        /* compute eigenvalues */
443 <        if ( quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
444 <                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]) != 2 ||
445 <                        (evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY ||
446 <                        (evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY )
447 <                error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
448 <
442 >                                        /* compute eigenvalue(s) */
443 >        i = quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
444 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]);
445 >        if (i == 1)                     /* double-root (circle) */
446 >                evalue[1] = evalue[0];
447 >        if (!i || ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
448 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) ) {
449 >                ra[0] = ra[1] = maxarad;
450 >                return;
451 >        }
452          if (evalue[0] > evalue[1]) {
453                  ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
454                  ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
# Line 384 | Line 506 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
506          }
507                                          /* compute first row of edges */
508          for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
509 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,0,j).p,
388 <                                ambsamp(hp,0,j+1).p, hp->rp->rop);
509 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,0,j), AI(hp,0,j+1));
510                  if (hessrow != NULL)
511                          comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
512                  if (gradrow != NULL)
# Line 395 | Line 516 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
516          for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
517              FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
518              FVECT       gradcol;
519 <            comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,0).p,
399 <                        ambsamp(hp,i+1,0).p, hp->rp->rop);
519 >            comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,0), AI(hp,i+1,0));
520              if (hessrow != NULL)
521                  comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
522              if (gradrow != NULL)
# Line 404 | Line 524 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
524              for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
525                  FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
526                  FVECT   graddia;
527 <                COLORV  backg;
528 <                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j), &ambsamp(hp,i,j+1),
529 <                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
527 >                double  backg;
528 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i,j),
529 >                                        AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
530                                          /* diagonal (inner) edge */
531 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p,
412 <                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
531 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j));
532                  if (hessrow != NULL) {
533                      comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
534                      rev_hessian(hesscol);
535                      add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
536                  }
537 <                if (gradient != NULL) {
537 >                if (gradrow != NULL) {
538                      comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
539                      rev_gradient(gradcol);
540                      add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
541                  }
542                                          /* initialize edge in next row */
543 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
425 <                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
543 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i+1,j+1), AI(hp,i+1,j));
544                  if (hessrow != NULL)
545                      comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
546                  if (gradrow != NULL)
547                      comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
548                                          /* new column edge & paired triangle */
549 <                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j+1), &ambsamp(hp,i+1,j+1),
550 <                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
551 <                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
434 <                                hp->rp->rop);
549 >                backg = back_ambval(hp, AI(hp,i+1,j+1),
550 >                                        AI(hp,i+1,j), AI(hp,i,j+1));
551 >                comp_fftri(&fftr, hp, AI(hp,i,j+1), AI(hp,i+1,j+1));
552                  if (hessrow != NULL) {
553                      comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
554                      rev_hessian(hessdia);
# Line 454 | Line 571 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
571          
572          if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
573                  eigenvectors(uv, ra, hessian);
574 <        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient/PI */
575 <                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]) / PI;
576 <                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]) / PI;
574 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
575 >                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
576 >                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
577          }
578   }
579  
# Line 465 | Line 582 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
582   static void
583   ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
584   {
585 <        struct s_ambsamp        *ap;
586 <        double                  dgsum[2];
587 <        int                     n;
588 <        FVECT                   vd;
589 <        double                  gfact;
585 >        AMBSAMP *ap;
586 >        double  dgsum[2];
587 >        int     n;
588 >        FVECT   vd;
589 >        double  gfact;
590  
591          dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
592          for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
# Line 477 | Line 594 | ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
594                  VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
595                                          /* brightness over cosine factor */
596                  gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
597 <                                        /* -sine = -proj_radius/vd_length */
598 <                dgsum[0] += DOT(uv[1], vd) * gfact;
599 <                dgsum[1] -= DOT(uv[0], vd) * gfact;
597 >                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
598 >                dgsum[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact;
599 >                dgsum[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
600          }
601          dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
602          dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
603   }
604  
605  
606 + /* Compute potential light leak direction flags for cache value */
607 + static uint32
608 + ambcorral(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], const double r0, const double r1)
609 + {
610 +        const double    max_d = 1.0/(minarad*ambacc + 0.001);
611 +        const double    ang_res = 0.5*PI/(hp->ns-1);
612 +        const double    ang_step = ang_res/((int)(16/PI*ang_res) + (1+FTINY));
613 +        double          avg_d = 0;
614 +        uint32          flgs = 0;
615 +        FVECT           vec;
616 +        double          u, v;
617 +        double          ang, a1;
618 +        int             i, j;
619 +                                        /* don't bother for a few samples */
620 +        if (hp->ns < 12)
621 +                return(0);
622 +                                        /* check distances overhead */
623 +        for (i = hp->ns*3/4; i-- > hp->ns>>2; )
624 +            for (j = hp->ns*3/4; j-- > hp->ns>>2; )
625 +                avg_d += ambsam(hp,i,j).d;
626 +        avg_d *= 4.0/(hp->ns*hp->ns);
627 +        if (avg_d*r0 >= 1.0)            /* ceiling too low for corral? */
628 +                return(0);
629 +        if (avg_d >= max_d)             /* insurance */
630 +                return(0);
631 +                                        /* else circle around perimeter */
632 +        for (i = 0; i < hp->ns; i++)
633 +            for (j = 0; j < hp->ns; j += !i|(i==hp->ns-1) ? 1 : hp->ns-1) {
634 +                AMBSAMP *ap = &ambsam(hp,i,j);
635 +                if ((ap->d <= FTINY) | (ap->d >= max_d))
636 +                        continue;       /* too far or too near */
637 +                VSUB(vec, ap->p, hp->rp->rop);
638 +                u = DOT(vec, uv[0]);
639 +                v = DOT(vec, uv[1]);
640 +                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) * ap->d*ap->d <= u*u + v*v)
641 +                        continue;       /* occluder outside ellipse */
642 +                ang = atan2a(v, u);     /* else set direction flags */
643 +                for (a1 = ang-.5*ang_res; a1 <= ang+.5*ang_res; a1 += ang_step)
644 +                        flgs |= 1L<<(int)(16/PI*(a1 + 2.*PI*(a1 < 0)));
645 +            }
646 +                                        /* add low-angle incident (< 20deg) */
647 +        if (fabs(hp->rp->rod) <= 0.342) {
648 +                u = -DOT(hp->rp->rdir, uv[0]);
649 +                v = -DOT(hp->rp->rdir, uv[1]);
650 +                if ((r0*r0*u*u + r1*r1*v*v) > hp->rp->rot*hp->rp->rot) {
651 +                        ang = atan2a(v, u);
652 +                        ang += 2.*PI*(ang < 0);
653 +                        ang *= 16/PI;
654 +                        if ((ang < .5) | (ang >= 31.5))
655 +                                flgs |= 0x80000001;
656 +                        else
657 +                                flgs |= 3L<<(int)(ang-.5);
658 +                }
659 +        }
660 +        return(flgs);
661 + }
662 +
663 +
664   int
665   doambient(                              /* compute ambient component */
666          COLOR   rcol,                   /* input/output color */
# Line 494 | Line 669 | doambient(                             /* compute ambient component */
669          FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
670          float   ra[2],                  /* returned (optional) */
671          float   pg[2],                  /* returned (optional) */
672 <        float   dg[2]                   /* returned (optional) */
672 >        float   dg[2],                  /* returned (optional) */
673 >        uint32  *crlp                   /* returned (optional) */
674   )
675   {
676 <        AMBHEMI                 *hp = inithemi(rcol, r, wt);
677 <        int                     cnt = 0;
678 <        FVECT                   my_uv[2];
679 <        double                  d, acol[3];
680 <        struct s_ambsamp        *ap;
681 <        int                     i, j;
506 <                                        /* check/initialize */
507 <        if (hp == NULL)
508 <                return(0);
676 >        AMBHEMI *hp = samp_hemi(rcol, r, wt);
677 >        FVECT   my_uv[2];
678 >        double  d, K;
679 >        AMBSAMP *ap;
680 >        int     i;
681 >                                        /* clear return values */
682          if (uv != NULL)
683                  memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
684          if (ra != NULL)
# Line 514 | Line 687 | doambient(                             /* compute ambient component */
687                  pg[0] = pg[1] = 0.0;
688          if (dg != NULL)
689                  dg[0] = dg[1] = 0.0;
690 <                                        /* sample the hemisphere */
691 <        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
692 <        for (i = hp->ns; i--; )
693 <                for (j = hp->ns; j--; )
694 <                        if ((ap = ambsample(hp, i, j)) != NULL) {
695 <                                addcolor(acol, ap->v);
696 <                                ++cnt;
697 <                        }
698 <        if (!cnt) {
526 <                setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
527 <                free(hp);
528 <                return(0);              /* no valid samples */
690 >        if (crlp != NULL)
691 >                *crlp = 0;
692 >        if (hp == NULL)                 /* sampling falure? */
693 >                return(0);
694 >
695 >        if ((ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL) ||
696 >                        (hp->sampOK < 0) | (hp->ns < 4)) {
697 >                free(hp);               /* Hessian not requested/possible */
698 >                return(-1);             /* value-only return value */
699          }
700 <        copycolor(rcol, acol);          /* final indirect irradiance/PI */
701 <        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
702 <                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
703 <                free(hp);
704 <                return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
700 >        if ((d = bright(rcol)) > FTINY) {       /* normalize Y values */
701 >                d = 0.99*(hp->ns*hp->ns)/d;
702 >                K = 0.01;
703 >        } else {                        /* or fall back on geometric Hessian */
704 >                K = 1.0;
705 >                pg = NULL;
706 >                dg = NULL;
707 >                crlp = NULL;
708          }
536 –        multcolor(acol, hp->acoef);     /* normalize Y values */
537 –        if ((d = bright(acol)) > FTINY)
538 –                d = 1.0/d;
539 –        else
540 –                d = 0.0;
709          ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
710          for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
711 <                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + 0.0314;
711 >                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + K;
712  
713          if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
714                  uv = my_uv;
# Line 551 | Line 719 | doambient(                             /* compute ambient component */
719                  ambdirgrad(hp, uv, dg);
720  
721          if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
722 +                if (pg != NULL) {
723 +                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
724 +                                ra[0] = 1.0/d;
725 +                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
726 +                                ra[1] = 1.0/d;
727 +                        if (ra[0] > ra[1])
728 +                                ra[0] = ra[1];
729 +                }
730                  if (ra[0] < minarad) {
731                          ra[0] = minarad;
732                          if (ra[1] < minarad)
733                                  ra[1] = minarad;
734                  }
735 <                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(sqrt(wt));
735 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(wt);
736                  if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
737                          ra[1] = 2.0*ra[0];
738                  if (ra[1] > maxarad) {
739                          ra[1] = maxarad;
740                          if (ra[0] > maxarad)
741                                  ra[0] = maxarad;
742 +                }
743 +                                        /* flag encroached directions */
744 +                if ((wt >= 0.89*AVGREFL) & (crlp != NULL))
745 +                        *crlp = ambcorral(hp, uv, ra[0]*ambacc, ra[1]*ambacc);
746 +                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
747 +                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
748 +                        if (d > 1.0) {
749 +                                d = 1.0/sqrt(d);
750 +                                pg[0] *= d;
751 +                                pg[1] *= d;
752 +                        }
753                  }
754          }
755          free(hp);                       /* clean up and return */

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