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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.7 by gwlarson, Wed Jun 24 09:35:00 1998 UTC vs.
Revision 2.34 by greg, Thu Apr 24 23:15:10 2014 UTC

# Line 1 | Line 1
1 – /* Copyright (c) 1991 Regents of the University of California */
2 –
1   #ifndef lint
2 < static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
2 > static const char       RCSid[] = "$Id$";
3   #endif
6 –
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  
14 < #include  "ray.h"
14 > #include "copyright.h"
15  
16 + #include  "ray.h"
17   #include  "ambient.h"
14 –
18   #include  "random.h"
19  
20 < typedef struct {
18 <        short  t, p;            /* theta, phi indices */
19 <        COLOR  v;               /* value sum */
20 <        float  r;               /* 1/distance sum */
21 <        float  k;               /* variance for this division */
22 <        int  n;                 /* number of subsamples */
23 < }  AMBSAMP;             /* ambient sample division */
20 > #ifdef NEWAMB
21  
22 + extern void             SDsquare2disk(double ds[2], double seedx, double seedy);
23 +
24   typedef struct {
25 <        FVECT  ux, uy, uz;      /* x, y and z axis directions */
26 <        short  nt, np;          /* number of theta and phi directions */
25 >        RAY     *rp;            /* originating ray sample */
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 >                FVECT   p;              /* intersection point */
32 >        } sa[1];                /* sample array (extends struct) */
33   }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
34  
35 + #define ambsamp(h,i,j)  (h)->sa[(i)*(h)->ns + (j)]
36  
37 < static int
38 < ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
39 < AMBSAMP  *d1, *d2;
37 > typedef struct {
38 >        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rI2_eJ2;
39 >        double  nf, I1, I2;
40 > } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
41 >
42 >
43 > static AMBHEMI *
44 > inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
45 >        COLOR   ac,
46 >        RAY     *r,
47 >        double  wt
48 > )
49   {
50 <        if (d1->k < d2->k)
51 <                return(1);
52 <        if (d1->k > d2->k)
53 <                return(-1);
54 <        return(0);
50 >        AMBHEMI *hp;
51 >        double  d;
52 >        int     n, i;
53 >                                        /* set number of divisions */
54 >        if (ambacc <= FTINY &&
55 >                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
56 >                wt = d;                 /* avoid ray termination */
57 >        n = sqrt(ambdiv * wt) + 0.5;
58 >        i = 1 + 5*(ambacc > FTINY);     /* minimum number of samples */
59 >        if (n < i)
60 >                n = i;
61 >                                        /* allocate sampling array */
62 >        hp = (AMBHEMI *)malloc(sizeof(AMBHEMI) +
63 >                                sizeof(struct s_ambsamp)*(n*n - 1));
64 >        if (hp == NULL)
65 >                return(NULL);
66 >        hp->rp = r;
67 >        hp->ns = n;
68 >                                        /* assign coefficient */
69 >        copycolor(hp->acoef, ac);
70 >        d = 1.0/(n*n);
71 >        scalecolor(hp->acoef, d);
72 >                                        /* make tangent plane axes */
73 >        hp->uy[0] = 0.1 - 0.2*frandom();
74 >        hp->uy[1] = 0.1 - 0.2*frandom();
75 >        hp->uy[2] = 0.1 - 0.2*frandom();
76 >        for (i = 0; i < 3; i++)
77 >                if (r->ron[i] < 0.6 && r->ron[i] > -0.6)
78 >                        break;
79 >        if (i >= 3)
80 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi()");
81 >        hp->uy[i] = 1.0;
82 >        VCROSS(hp->ux, hp->uy, r->ron);
83 >        normalize(hp->ux);
84 >        VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
85 >                                        /* we're ready to sample */
86 >        return(hp);
87   }
88  
89  
90 + static struct s_ambsamp *
91 + ambsample(                              /* sample an ambient direction */
92 +        AMBHEMI *hp,
93 +        int     i,
94 +        int     j
95 + )
96 + {
97 +        struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
98 +        RAY                     ar;
99 +        double                  spt[2], zd;
100 +        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 +                goto badsample;
108 +        if (ambacc > FTINY) {
109 +                multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
110 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
111 +        }
112 +                                        /* generate hemispherical sample */
113 +        SDsquare2disk(spt,      (i+.1+.8*frandom())/hp->ns,
114 +                                (j+.1+.8*frandom())/hp->ns );
115 +        zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
116 +        for (ii = 3; ii--; )
117 +                ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
118 +                                spt[1]*hp->uy[ii] +
119 +                                zd*hp->rp->ron[ii];
120 +        checknorm(ar.rdir);
121 +        dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
122 +        rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
123 +        ndims--;
124 +                                        /* limit vertex distance */
125 +        if (ar.rt > 10.0*thescene.cusize)
126 +                ar.rt = 10.0*thescene.cusize;
127 +        else if (ar.rt <= FTINY)        /* should never happen! */
128 +                goto badsample;
129 +        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
130 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
131 +        copycolor(ap->v, ar.rcol);
132 +        return(ap);
133 + badsample:
134 +        setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
135 +        VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
136 +        return(NULL);
137 + }
138 +
139 +
140 + /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
141 + static void
142 + comp_fftri(FFTRI *ftp, FVECT ap0, FVECT ap1, FVECT rop)
143 + {
144 +        FVECT   vcp;
145 +        double  dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
146 +        int     i;
147 +
148 +        VSUB(ftp->r_i, ap0, rop);
149 +        VSUB(ftp->r_i1, ap1, rop);
150 +        VSUB(ftp->e_i, ap1, ap0);
151 +        VCROSS(vcp, ftp->e_i, ftp->r_i);
152 +        ftp->nf = 1.0/DOT(vcp,vcp);
153 +        dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
154 +        dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
155 +        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
156 +        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
157 +        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
158 +                        sqrt( ftp->nf );
159 +        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
160 +                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*ftp->nf;
161 +        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
162 +        for (i = 3; i--; )
163 +                ftp->rI2_eJ2[i] = ftp->I2*ftp->r_i[i] + J2*ftp->e_i[i];
164 + }
165 +
166 +
167 + /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
168 + static void
169 + compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
170 + {
171 +        mat[0][0] = 2.0*va[0]*vb[0];
172 +        mat[1][1] = 2.0*va[1]*vb[1];
173 +        mat[2][2] = 2.0*va[2]*vb[2];
174 +        mat[0][1] = mat[1][0] = va[0]*vb[1] + va[1]*vb[0];
175 +        mat[0][2] = mat[2][0] = va[0]*vb[2] + va[2]*vb[0];
176 +        mat[1][2] = mat[2][1] = va[1]*vb[2] + va[2]*vb[1];
177 + }
178 +
179 +
180 + /* Compute partial 3x3 Hessian matrix for edge */
181 + static void
182 + comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
183 + {
184 +        FVECT   vcp;
185 +        FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
186 +        double  d1, d2, d3, d4;
187 +        double  I3, J3, K3;
188 +        int     i, j;
189 +                                        /* compute intermediate coefficients */
190 +        d1 = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
191 +        d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
192 +        d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
193 +        d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
194 +        I3 = 0.25*ftp->nf*( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 +
195 +                                3.0/d3*ftp->I2 );
196 +        J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
197 +        K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
198 +                                        /* intermediate matrices */
199 +        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
200 +        compose_matrix(m1, vcp, ftp->rI2_eJ2);
201 +        compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
202 +        compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
203 +        compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
204 +        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->e_i);
205 +        d1 = DOT(nrm, vcp);
206 +        d2 = -d1*ftp->I2;
207 +        d1 *= 2.0;
208 +        for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
209 +            for (j = 3; j--; ) {
210 +                hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
211 +                                                2.0*J3*m4[i][j] );
212 +                hess[i][j] += d2*(i==j);
213 +                hess[i][j] *= 1.0/PI;
214 +            }
215 + }
216 +
217 +
218 + /* Reverse hessian calculation result for edge in other direction */
219 + static void
220 + rev_hessian(FVECT hess[3])
221 + {
222 +        int     i;
223 +
224 +        for (i = 3; i--; ) {
225 +                hess[i][0] = -hess[i][0];
226 +                hess[i][1] = -hess[i][1];
227 +                hess[i][2] = -hess[i][2];
228 +        }
229 + }
230 +
231 +
232 + /* Add to radiometric Hessian from the given triangle */
233 + static void
234 + add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
235 +                FVECT ehess2[3], FVECT ehess3[3], COLORV v)
236 + {
237 +        int     i, j;
238 +
239 +        for (i = 3; i--; )
240 +            for (j = 3; j--; )
241 +                hess[i][j] += v*( ehess1[i][j] + ehess2[i][j] + ehess3[i][j] );
242 + }
243 +
244 +
245 + /* Compute partial displacement form factor gradient for edge */
246 + static void
247 + comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
248 + {
249 +        FVECT   vcp;
250 +        double  f1;
251 +        int     i;
252 +
253 +        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
254 +        f1 = 2.0*DOT(nrm, vcp);
255 +        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
256 +        for (i = 3; i--; )
257 +                grad[i] = (-0.5/PI)*( ftp->I1*vcp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
258 + }
259 +
260 +
261 + /* Reverse gradient calculation result for edge in other direction */
262 + static void
263 + rev_gradient(FVECT grad)
264 + {
265 +        grad[0] = -grad[0];
266 +        grad[1] = -grad[1];
267 +        grad[2] = -grad[2];
268 + }
269 +
270 +
271 + /* Add to displacement gradient from the given triangle */
272 + static void
273 + add2gradient(FVECT grad, FVECT egrad1, FVECT egrad2, FVECT egrad3, COLORV v)
274 + {
275 +        int     i;
276 +
277 +        for (i = 3; i--; )
278 +                grad[i] += v*( egrad1[i] + egrad2[i] + egrad3[i] );
279 + }
280 +
281 +
282 + /* Return brightness of furthest ambient sample */
283 + static COLORV
284 + back_ambval(struct s_ambsamp *ap1, struct s_ambsamp *ap2,
285 +                struct s_ambsamp *ap3, FVECT orig)
286 + {
287 +        COLORV  vback;
288 +        FVECT   vec;
289 +        double  d2, d2best;
290 +
291 +        VSUB(vec, ap1->p, orig);
292 +        d2best = DOT(vec,vec);
293 +        vback = colval(ap1->v,CIEY);
294 +        VSUB(vec, ap2->p, orig);
295 +        d2 = DOT(vec,vec);
296 +        if (d2 > d2best) {
297 +                d2best = d2;
298 +                vback = colval(ap2->v,CIEY);
299 +        }
300 +        VSUB(vec, ap3->p, orig);
301 +        d2 = DOT(vec,vec);
302 +        if (d2 > d2best)
303 +                return(colval(ap3->v,CIEY));
304 +        return(vback);
305 + }
306 +
307 +
308 + /* Compute anisotropic radii and eigenvector directions */
309   static int
310 < ambnorm(d1, d2)                         /* standard order */
45 < AMBSAMP  *d1, *d2;
310 > eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3])
311   {
312 <        register int  c;
312 >        double  hess2[2][2];
313 >        FVECT   a, b;
314 >        double  evalue[2], slope1, xmag1;
315 >        int     i;
316 >                                        /* project Hessian to sample plane */
317 >        for (i = 3; i--; ) {
318 >                a[i] = DOT(hessian[i], uv[0]);
319 >                b[i] = DOT(hessian[i], uv[1]);
320 >        }
321 >        hess2[0][0] = DOT(uv[0], a);
322 >        hess2[0][1] = DOT(uv[0], b);
323 >        hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
324 >        hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
325 >                                        /* compute eigenvalues */
326 >        if ( quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
327 >                        hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]) != 2 ||
328 >                        (evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY ||
329 >                        (evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY )
330 >                error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
331  
332 <        if (c = d1->t - d2->t)
333 <                return(c);
334 <        return(d1->p - d2->p);
332 >        if (evalue[0] > evalue[1]) {
333 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
334 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
335 >                slope1 = evalue[1];
336 >        } else {
337 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
338 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
339 >                slope1 = evalue[0];
340 >        }
341 >                                        /* compute unit eigenvectors */
342 >        if (fabs(hess2[0][1]) <= FTINY)
343 >                return;                 /* uv OK as is */
344 >        slope1 = (slope1 - hess2[0][0]) / hess2[0][1];
345 >        xmag1 = sqrt(1.0/(1.0 + slope1*slope1));
346 >        for (i = 3; i--; ) {
347 >                b[i] = xmag1*uv[0][i] + slope1*xmag1*uv[1][i];
348 >                a[i] = slope1*xmag1*uv[0][i] - xmag1*uv[1][i];
349 >        }
350 >        VCOPY(uv[0], a);
351 >        VCOPY(uv[1], b);
352   }
353  
354  
355 < divsample(dp, h, r)                     /* sample a division */
356 < register AMBSAMP  *dp;
357 < AMBHEMI  *h;
358 < RAY  *r;
355 > static void
356 > ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
357 >        AMBHEMI *hp,
358 >        FVECT   uv[2],                  /* returned */
359 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
360 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
361 > )
362   {
363 +        static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
364 +        FVECT           (*hessrow)[3] = NULL;
365 +        FVECT           *gradrow = NULL;
366 +        FVECT           hessian[3];
367 +        FVECT           gradient;
368 +        FFTRI           fftr;
369 +        int             i, j;
370 +                                        /* be sure to assign unit vectors */
371 +        VCOPY(uv[0], hp->ux);
372 +        VCOPY(uv[1], hp->uy);
373 +                        /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
374 +        if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
375 +                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
376 +                if (hessrow == NULL)
377 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
378 +                memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
379 +        } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
380 +                return;
381 +        if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
382 +                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
383 +                if (gradrow == NULL)
384 +                        error(SYSTEM, memerrmsg);
385 +                memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
386 +        }
387 +                                        /* compute first row of edges */
388 +        for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
389 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,0,j).p,
390 +                                ambsamp(hp,0,j+1).p, hp->rp->rop);
391 +                if (hessrow != NULL)
392 +                        comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
393 +                if (gradrow != NULL)
394 +                        comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
395 +        }
396 +                                        /* sum each row of triangles */
397 +        for (i = 0; i < hp->ns-1; i++) {
398 +            FVECT       hesscol[3];     /* compute first vertical edge */
399 +            FVECT       gradcol;
400 +            comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,0).p,
401 +                        ambsamp(hp,i+1,0).p, hp->rp->rop);
402 +            if (hessrow != NULL)
403 +                comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
404 +            if (gradrow != NULL)
405 +                comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
406 +            for (j = 0; j < hp->ns-1; j++) {
407 +                FVECT   hessdia[3];     /* compute triangle contributions */
408 +                FVECT   graddia;
409 +                COLORV  backg;
410 +                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j), &ambsamp(hp,i,j+1),
411 +                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
412 +                                        /* diagonal (inner) edge */
413 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p,
414 +                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
415 +                if (hessrow != NULL) {
416 +                    comp_hessian(hessdia, &fftr, hp->rp->ron);
417 +                    rev_hessian(hesscol);
418 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
419 +                }
420 +                if (gradient != NULL) {
421 +                    comp_gradient(graddia, &fftr, hp->rp->ron);
422 +                    rev_gradient(gradcol);
423 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
424 +                }
425 +                                        /* initialize edge in next row */
426 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
427 +                                ambsamp(hp,i+1,j).p, hp->rp->rop);
428 +                if (hessrow != NULL)
429 +                    comp_hessian(hessrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
430 +                if (gradrow != NULL)
431 +                    comp_gradient(gradrow[j], &fftr, hp->rp->ron);
432 +                                        /* new column edge & paired triangle */
433 +                backg = back_ambval(&ambsamp(hp,i,j+1), &ambsamp(hp,i+1,j+1),
434 +                                        &ambsamp(hp,i+1,j), hp->rp->rop);
435 +                comp_fftri(&fftr, ambsamp(hp,i,j+1).p, ambsamp(hp,i+1,j+1).p,
436 +                                hp->rp->rop);
437 +                if (hessrow != NULL) {
438 +                    comp_hessian(hesscol, &fftr, hp->rp->ron);
439 +                    rev_hessian(hessdia);
440 +                    add2hessian(hessian, hessrow[j], hessdia, hesscol, backg);
441 +                    if (i < hp->ns-2)
442 +                        rev_hessian(hessrow[j]);
443 +                }
444 +                if (gradrow != NULL) {
445 +                    comp_gradient(gradcol, &fftr, hp->rp->ron);
446 +                    rev_gradient(graddia);
447 +                    add2gradient(gradient, gradrow[j], graddia, gradcol, backg);
448 +                    if (i < hp->ns-2)
449 +                        rev_gradient(gradrow[j]);
450 +                }
451 +            }
452 +        }
453 +                                        /* release row buffers */
454 +        if (hessrow != NULL) free(hessrow);
455 +        if (gradrow != NULL) free(gradrow);
456 +        
457 +        if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
458 +                eigenvectors(uv, ra, hessian);
459 +        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
460 +                pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
461 +                pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
462 +        }
463 + }
464 +
465 +
466 + /* Compute direction gradient from a hemispherical sampling */
467 + static void
468 + ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
469 + {
470 +        struct s_ambsamp        *ap;
471 +        double                  dgsum[2];
472 +        int                     n;
473 +        FVECT                   vd;
474 +        double                  gfact;
475 +
476 +        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
477 +        for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
478 +                                        /* use vector for azimuth + 90deg */
479 +                VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
480 +                                        /* brightness over cosine factor */
481 +                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
482 +                                        /* -sine = -proj_radius/vd_length */
483 +                dgsum[0] += DOT(uv[1], vd) * gfact;
484 +                dgsum[1] -= DOT(uv[0], vd) * gfact;
485 +        }
486 +        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
487 +        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
488 + }
489 +
490 +
491 + int
492 + doambient(                              /* compute ambient component */
493 +        COLOR   rcol,                   /* input/output color */
494 +        RAY     *r,
495 +        double  wt,
496 +        FVECT   uv[2],                  /* returned (optional) */
497 +        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
498 +        float   pg[2],                  /* returned (optional) */
499 +        float   dg[2]                   /* returned (optional) */
500 + )
501 + {
502 +        AMBHEMI                 *hp = inithemi(rcol, r, wt);
503 +        int                     cnt = 0;
504 +        FVECT                   my_uv[2];
505 +        double                  d, acol[3];
506 +        struct s_ambsamp        *ap;
507 +        int                     i, j;
508 +                                        /* check/initialize */
509 +        if (hp == NULL)
510 +                return(0);
511 +        if (uv != NULL)
512 +                memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
513 +        if (ra != NULL)
514 +                ra[0] = ra[1] = 0.0;
515 +        if (pg != NULL)
516 +                pg[0] = pg[1] = 0.0;
517 +        if (dg != NULL)
518 +                dg[0] = dg[1] = 0.0;
519 +                                        /* sample the hemisphere */
520 +        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
521 +        for (i = hp->ns; i--; )
522 +                for (j = hp->ns; j--; )
523 +                        if ((ap = ambsample(hp, i, j)) != NULL) {
524 +                                addcolor(acol, ap->v);
525 +                                ++cnt;
526 +                        }
527 +        if (!cnt) {
528 +                setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
529 +                free(hp);
530 +                return(0);              /* no valid samples */
531 +        }
532 +        copycolor(rcol, acol);          /* final indirect irradiance/PI */
533 +        if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
534 +                        (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
535 +                free(hp);
536 +                return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
537 +        }
538 +        if (bright(acol) > FTINY)       /* normalize Y values */
539 +                d = cnt/bright(acol);
540 +        else
541 +                d = 0.0;
542 +        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
543 +        for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
544 +                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + 0.01;
545 +
546 +        if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
547 +                uv = my_uv;
548 +                                        /* compute radii & pos. gradient */
549 +        ambHessian(hp, uv, ra, pg);
550 +
551 +        if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
552 +                ambdirgrad(hp, uv, dg);
553 +
554 +        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
555 +                if (ra[0] < minarad) {
556 +                        ra[0] = minarad;
557 +                        if (ra[1] < minarad)
558 +                                ra[1] = minarad;
559 +                                        /* cap gradient if necessary */
560 +                        if (pg != NULL) {
561 +                                d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] +
562 +                                                pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
563 +                                if (d > 1.0) {
564 +                                        d = 1.0/sqrt(d);
565 +                                        pg[0] *= d;
566 +                                        pg[1] *= d;
567 +                                }
568 +                        }
569 +                }
570 +                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(sqrt(wt));
571 +                if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
572 +                        ra[1] = 2.0*ra[0];
573 +                if (ra[1] > maxarad) {
574 +                        ra[1] = maxarad;
575 +                        if (ra[0] > maxarad)
576 +                                ra[0] = maxarad;
577 +                }
578 +        }
579 +        free(hp);                       /* clean up and return */
580 +        return(1);
581 + }
582 +
583 +
584 + #else /* ! NEWAMB */
585 +
586 +
587 + void
588 + inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
589 +        AMBHEMI  *hp,
590 +        COLOR ac,
591 +        RAY  *r,
592 +        double  wt
593 + )
594 + {
595 +        double  d;
596 +        int  i;
597 +                                        /* set number of divisions */
598 +        if (ambacc <= FTINY &&
599 +                        wt > (d = 0.8*intens(ac)*r->rweight/(ambdiv*minweight)))
600 +                wt = d;                 /* avoid ray termination */
601 +        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
602 +        i = ambacc > FTINY ? 3 : 1;     /* minimum number of samples */
603 +        if (hp->nt < i)
604 +                hp->nt = i;
605 +        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
606 +                                        /* set number of super-samples */
607 +        hp->ns = ambssamp * wt + 0.5;
608 +                                        /* assign coefficient */
609 +        copycolor(hp->acoef, ac);
610 +        d = 1.0/(hp->nt*hp->np);
611 +        scalecolor(hp->acoef, d);
612 +                                        /* make axes */
613 +        VCOPY(hp->uz, r->ron);
614 +        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
615 +        for (i = 0; i < 3; i++)
616 +                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
617 +                        break;
618 +        if (i >= 3)
619 +                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
620 +        hp->uy[i] = 1.0;
621 +        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
622 +        normalize(hp->ux);
623 +        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
624 + }
625 +
626 +
627 + int
628 + divsample(                              /* sample a division */
629 +        AMBSAMP  *dp,
630 +        AMBHEMI  *h,
631 +        RAY  *r
632 + )
633 + {
634          RAY  ar;
635          int  hlist[3];
636          double  spt[2];
637          double  xd, yd, zd;
638          double  b2;
639          double  phi;
640 <        register int  i;
641 <
642 <        if (rayorigin(&ar, r, AMBIENT, AVGREFL) < 0)
640 >        int  i;
641 >                                        /* ambient coefficient for weight */
642 >        if (ambacc > FTINY)
643 >                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
644 >        else
645 >                copycolor(ar.rcoef, h->acoef);
646 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, r, ar.rcoef) < 0)
647                  return(-1);
648 +        if (ambacc > FTINY) {
649 +                multcolor(ar.rcoef, h->acoef);
650 +                scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
651 +        }
652          hlist[0] = r->rno;
653          hlist[1] = dp->t;
654          hlist[2] = dp->p;
655          multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n));
656          zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
657          phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
658 <        xd = cos(phi) * zd;
659 <        yd = sin(phi) * zd;
658 >        xd = tcos(phi) * zd;
659 >        yd = tsin(phi) * zd;
660          zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
661          for (i = 0; i < 3; i++)
662                  ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
663                                  yd*h->uy[i] +
664                                  zd*h->uz[i];
665 +        checknorm(ar.rdir);
666          dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
667          rayvalue(&ar);
668          ndims--;
669 +        multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
670          addcolor(dp->v, ar.rcol);
671 <                                        /* be conservative and use rot */
672 <        if (ar.rot > FTINY && ar.rot < FHUGE)
673 <                dp->r += 1.0/ar.rot;
671 >                                        /* use rt to improve gradient calc */
672 >        if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
673 >                dp->r += 1.0/ar.rt;
674                                          /* (re)initialize error */
675          if (dp->n++) {
676                  b2 = bright(dp->v)/dp->n - bright(ar.rcol);
# Line 98 | Line 682 | RAY  *r;
682   }
683  
684  
685 + static int
686 + ambcmp(                                 /* decreasing order */
687 +        const void *p1,
688 +        const void *p2
689 + )
690 + {
691 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
692 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
693 +
694 +        if (d1->k < d2->k)
695 +                return(1);
696 +        if (d1->k > d2->k)
697 +                return(-1);
698 +        return(0);
699 + }
700 +
701 +
702 + static int
703 + ambnorm(                                /* standard order */
704 +        const void *p1,
705 +        const void *p2
706 + )
707 + {
708 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
709 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
710 +        int     c;
711 +
712 +        if ( (c = d1->t - d2->t) )
713 +                return(c);
714 +        return(d1->p - d2->p);
715 + }
716 +
717 +
718   double
719 < doambient(acol, r, wt, pg, dg)          /* compute ambient component */
720 < COLOR  acol;
721 < RAY  *r;
722 < double  wt;
723 < FVECT  pg, dg;
719 > doambient(                              /* compute ambient component */
720 >        COLOR  rcol,
721 >        RAY  *r,
722 >        double  wt,
723 >        FVECT  pg,
724 >        FVECT  dg
725 > )
726   {
727 <        double  b, d;
727 >        double  b, d=0;
728          AMBHEMI  hemi;
729          AMBSAMP  *div;
730          AMBSAMP  dnew;
731 <        register AMBSAMP  *dp;
731 >        double  acol[3];
732 >        AMBSAMP  *dp;
733          double  arad;
734 <        int  ndivs, ns;
735 <        register int  i, j;
116 <                                        /* initialize color */
117 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
734 >        int  divcnt;
735 >        int  i, j;
736                                          /* initialize hemisphere */
737 <        inithemi(&hemi, r, wt);
738 <        ndivs = hemi.nt * hemi.np;
739 <        if (ndivs == 0)
737 >        inithemi(&hemi, rcol, r, wt);
738 >        divcnt = hemi.nt * hemi.np;
739 >                                        /* initialize */
740 >        if (pg != NULL)
741 >                pg[0] = pg[1] = pg[2] = 0.0;
742 >        if (dg != NULL)
743 >                dg[0] = dg[1] = dg[2] = 0.0;
744 >        setcolor(rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
745 >        if (divcnt == 0)
746                  return(0.0);
747 <                                        /* set number of super-samples */
748 <        ns = ambssamp * wt + 0.5;
749 <        if (ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
126 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
747 >                                        /* allocate super-samples */
748 >        if (hemi.ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
749 >                div = (AMBSAMP *)malloc(divcnt*sizeof(AMBSAMP));
750                  if (div == NULL)
751                          error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
752          } else
753                  div = NULL;
754                                          /* sample the divisions */
755          arad = 0.0;
756 +        acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
757          if ((dp = div) == NULL)
758                  dp = &dnew;
759 +        divcnt = 0;
760          for (i = 0; i < hemi.nt; i++)
761                  for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
762                          dp->t = i; dp->p = j;
763                          setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
764                          dp->r = 0.0;
765                          dp->n = 0;
766 <                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0)
767 <                                goto oopsy;
766 >                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0) {
767 >                                if (div != NULL)
768 >                                        dp++;
769 >                                continue;
770 >                        }
771                          arad += dp->r;
772 +                        divcnt++;
773                          if (div != NULL)
774                                  dp++;
775                          else
776                                  addcolor(acol, dp->v);
777                  }
778 <        if (ns > 0 && arad > FTINY && ndivs/arad < minarad)
779 <                ns = 0;                 /* close enough */
780 <        else if (ns > 0) {              /* else perform super-sampling */
778 >        if (!divcnt) {
779 >                if (div != NULL)
780 >                        free((void *)div);
781 >                return(0.0);            /* no samples taken */
782 >        }
783 >        if (divcnt < hemi.nt*hemi.np) {
784 >                pg = dg = NULL;         /* incomplete sampling */
785 >                hemi.ns = 0;
786 >        } else if (arad > FTINY && divcnt/arad < minarad) {
787 >                hemi.ns = 0;            /* close enough */
788 >        } else if (hemi.ns > 0) {       /* else perform super-sampling? */
789                  comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
790 <                qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);     /* sort divs */
790 >                qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);    /* sort divs */
791                                                  /* super-sample */
792 <                for (i = ns; i > 0; i--) {
793 <                        copystruct(&dnew, div);
794 <                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
795 <                                goto oopsy;
796 <                                                        /* reinsert */
797 <                        dp = div;
798 <                        j = ndivs < i ? ndivs : i;
792 >                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
793 >                        dnew = *div;
794 >                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0) {
795 >                                dp++;
796 >                                continue;
797 >                        }
798 >                        dp = div;               /* reinsert */
799 >                        j = divcnt < i ? divcnt : i;
800                          while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
801 <                                copystruct(dp, dp+1);
801 >                                *dp = *(dp+1);
802                                  dp++;
803                          }
804 <                        copystruct(dp, &dnew);
804 >                        *dp = dnew;
805                  }
806                  if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
807 <                        qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
807 >                        qsort(div, divcnt, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
808          }
809                                          /* compute returned values */
810          if (div != NULL) {
811 <                arad = 0.0;
812 <                for (i = ndivs, dp = div; i-- > 0; dp++) {
811 >                arad = 0.0;             /* note: divcnt may be < nt*np */
812 >                for (i = hemi.nt*hemi.np, dp = div; i-- > 0; dp++) {
813                          arad += dp->r;
814                          if (dp->n > 1) {
815                                  b = 1.0/dp->n;
# Line 183 | Line 821 | FVECT  pg, dg;
821                  }
822                  b = bright(acol);
823                  if (b > FTINY) {
824 <                        b = ndivs/b;
824 >                        b = 1.0/b;      /* compute & normalize gradient(s) */
825                          if (pg != NULL) {
826                                  posgradient(pg, div, &hemi);
827                                  for (i = 0; i < 3; i++)
# Line 194 | Line 832 | FVECT  pg, dg;
832                                  for (i = 0; i < 3; i++)
833                                          dg[i] *= b;
834                          }
197 –                } else {
198 –                        if (pg != NULL)
199 –                                for (i = 0; i < 3; i++)
200 –                                        pg[i] = 0.0;
201 –                        if (dg != NULL)
202 –                                for (i = 0; i < 3; i++)
203 –                                        dg[i] = 0.0;
835                  }
836 <                free((char *)div);
836 >                free((void *)div);
837          }
838 <        b = 1.0/ndivs;
208 <        scalecolor(acol, b);
838 >        copycolor(rcol, acol);
839          if (arad <= FTINY)
840                  arad = maxarad;
841          else
842 <                arad = (ndivs+ns)/arad;
842 >                arad = (divcnt+hemi.ns)/arad;
843          if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
844                  d = DOT(pg,pg);
845                  if (d*arad*arad > 1.0)
# Line 226 | Line 856 | FVECT  pg, dg;
856          if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
857                  arad = maxarad;
858          return(arad);
229 – oopsy:
230 –        if (div != NULL)
231 –                free((char *)div);
232 –        return(0.0);
859   }
860  
861  
862 < inithemi(hp, r, wt)             /* initialize sampling hemisphere */
863 < register AMBHEMI  *hp;
864 < RAY  *r;
865 < double  wt;
862 > void
863 > comperrs(                       /* compute initial error estimates */
864 >        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
865 >        AMBHEMI  *hp
866 > )
867   {
241 –        register int  i;
242 –                                        /* set number of divisions */
243 –        if (wt < (.25*PI)/ambdiv+FTINY) {
244 –                hp->nt = hp->np = 0;
245 –                return;                 /* zero samples */
246 –        }
247 –        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
248 –        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
249 –                                        /* make axes */
250 –        VCOPY(hp->uz, r->ron);
251 –        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
252 –        for (i = 0; i < 3; i++)
253 –                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
254 –                        break;
255 –        if (i >= 3)
256 –                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
257 –        hp->uy[i] = 1.0;
258 –        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
259 –        normalize(hp->ux);
260 –        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
261 – }
262 –
263 –
264 – comperrs(da, hp)                /* compute initial error estimates */
265 – AMBSAMP  *da;           /* assumes standard ordering */
266 – register AMBHEMI  *hp;
267 – {
868          double  b, b2;
869          int  i, j;
870 <        register AMBSAMP  *dp;
870 >        AMBSAMP  *dp;
871                                  /* sum differences from neighbors */
872          dp = da;
873          for (i = 0; i < hp->nt; i++)
# Line 311 | Line 911 | register AMBHEMI  *hp;
911   }
912  
913  
914 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
915 < FVECT  gv;
916 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
917 < register AMBHEMI  *hp;
914 > void
915 > posgradient(                                    /* compute position gradient */
916 >        FVECT  gv,
917 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
918 >        AMBHEMI  *hp
919 > )
920   {
921 <        register int  i, j;
921 >        int  i, j;
922          double  nextsine, lastsine, b, d;
923          double  mag0, mag1;
924          double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
925 <        register AMBSAMP  *dp;
925 >        AMBSAMP  *dp;
926  
927          xd = yd = 0.0;
928          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
# Line 358 | Line 960 | register AMBHEMI  *hp;
960                  }
961                  mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
962                  phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
963 <                cosp = cos(phi); sinp = sin(phi);
963 >                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
964                  xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
965                  yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
966          }
967          for (i = 0; i < 3; i++)
968 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/PI;
968 >                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*(hp->nt*hp->np)/PI;
969   }
970  
971  
972 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
973 < FVECT  gv;
974 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
975 < register AMBHEMI  *hp;
972 > void
973 > dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
974 >        FVECT  gv,
975 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
976 >        AMBHEMI  *hp
977 > )
978   {
979 <        register int  i, j;
979 >        int  i, j;
980          double  mag;
981          double  phi, xd, yd;
982 <        register AMBSAMP  *dp;
982 >        AMBSAMP  *dp;
983  
984          xd = yd = 0.0;
985          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
# Line 392 | Line 996 | register AMBHEMI  *hp;
996                          dp += hp->np;
997                  }
998                  phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
999 <                xd += mag * cos(phi);
1000 <                yd += mag * sin(phi);
999 >                xd += mag * tcos(phi);
1000 >                yd += mag * tsin(phi);
1001          }
1002          for (i = 0; i < 3; i++)
1003 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/(hp->nt*hp->np);
1003 >                gv[i] = xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i];
1004   }
1005 +
1006 + #endif  /* ! NEWAMB */

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