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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 1.15 by greg, Tue Oct 22 12:15:41 1991 UTC vs.
Revision 2.15 by greg, Sat May 28 22:27:54 2005 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 + *  Declarations of external symbols in ambient.h
8   */
9  
10 + #include "copyright.h"
11 +
12   #include  "ray.h"
13  
14   #include  "ambient.h"
15  
16   #include  "random.h"
17  
17 – 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 */
18  
19 < typedef struct {
20 <        FVECT  ux, uy, uz;      /* x, y and z axis directions */
21 <        short  nt, np;          /* number of theta and phi directions */
22 < }  AMBHEMI;             /* ambient sample hemisphere */
23 <
24 < extern double  sin(), cos(), sqrt();
25 <
32 <
33 < static int
34 < ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
35 < AMBSAMP  *d1, *d2;
19 > void
20 > inithemi(                       /* initialize sampling hemisphere */
21 >        register AMBHEMI  *hp,
22 >        RAY  *r,
23 >        COLOR ac,
24 >        double  wt
25 > )
26   {
27 <        if (d1->k < d2->k)
28 <                return(1);
29 <        if (d1->k > d2->k)
30 <                return(-1);
31 <        return(0);
27 >        register int  i;
28 >                                        /* set number of divisions */
29 >        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt * (1./PI/AVGREFL)) + 0.5;
30 >        i = ambacc > FTINY ? 3 : 1;     /* minimum number of samples */
31 >        if (hp->nt < i)
32 >                hp->nt = i;
33 >        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
34 >                                        /* set number of super-samples */
35 >        hp->ns = ambssamp * wt + 0.5;
36 >                                        /* assign coefficients */
37 >        copycolor(hp->acoef, ac);
38 >        if (wt >= r->rweight)
39 >                hp->drc = 1.;
40 >        else
41 >                hp->drc = wt / r->rweight;
42 >                                        /* make axes */
43 >        VCOPY(hp->uz, r->ron);
44 >        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
45 >        for (i = 0; i < 3; i++)
46 >                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
47 >                        break;
48 >        if (i >= 3)
49 >                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
50 >        hp->uy[i] = 1.0;
51 >        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
52 >        normalize(hp->ux);
53 >        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
54   }
55  
56  
57 < static int
58 < ambnorm(d1, d2)                         /* standard order */
59 < AMBSAMP  *d1, *d2;
57 > int
58 > divsample(                              /* sample a division */
59 >        register AMBSAMP  *dp,
60 >        AMBHEMI  *h,
61 >        RAY  *r
62 > )
63   {
49 –        register int  c;
50 –
51 –        if (c = d1->t - d2->t)
52 –                return(c);
53 –        return(d1->p - d2->p);
54 – }
55 –
56 –
57 – divsample(dp, h, r)                     /* sample a division */
58 – register AMBSAMP  *dp;
59 – AMBHEMI  *h;
60 – RAY  *r;
61 – {
64          RAY  ar;
65          int  hlist[3];
66          double  spt[2];
# Line 66 | Line 68 | RAY  *r;
68          double  b2;
69          double  phi;
70          register int  i;
71 <
72 <        if (rayorigin(&ar, r, AMBIENT, AVGREFL) < 0)
71 >                                        /* ambient coefficient for weight */
72 >        setcolor(ar.rcoef, h->drc, h->drc, h->drc);
73 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, r, ar.rcoef) < 0)
74                  return(-1);
75 +        copycolor(ar.rcoef, h->acoef);  /* correct coefficient for trace */
76 +        b2 = 1.0/(h->nt*h->np + h->ns); /* XXX not uniform if ns > 0 */
77 +        scalecolor(ar.rcoef, b2);
78          hlist[0] = r->rno;
79          hlist[1] = dp->t;
80          hlist[2] = dp->p;
81          multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n));
82          zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
83          phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
84 <        xd = cos(phi) * zd;
85 <        yd = sin(phi) * zd;
84 >        xd = tcos(phi) * zd;
85 >        yd = tsin(phi) * zd;
86          zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
87          for (i = 0; i < 3; i++)
88                  ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
# Line 86 | Line 92 | RAY  *r;
92          rayvalue(&ar);
93          ndims--;
94          addcolor(dp->v, ar.rcol);
95 +                                        /* use rt to improve gradient calc */
96          if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
97                  dp->r += 1.0/ar.rt;
98                                          /* (re)initialize error */
# Line 99 | Line 106 | RAY  *r;
106   }
107  
108  
109 + static int
110 + ambcmp(                                 /* decreasing order */
111 +        const void *p1,
112 +        const void *p2
113 + )
114 + {
115 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
116 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
117 +
118 +        if (d1->k < d2->k)
119 +                return(1);
120 +        if (d1->k > d2->k)
121 +                return(-1);
122 +        return(0);
123 + }
124 +
125 +
126 + static int
127 + ambnorm(                                /* standard order */
128 +        const void *p1,
129 +        const void *p2
130 + )
131 + {
132 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
133 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
134 +        register int    c;
135 +
136 +        if ( (c = d1->t - d2->t) )
137 +                return(c);
138 +        return(d1->p - d2->p);
139 + }
140 +
141 +
142   double
143 < doambient(acol, r, wt, pg, dg)          /* compute ambient component */
144 < COLOR  acol;
145 < RAY  *r;
146 < double  wt;
147 < FVECT  pg, dg;
143 > doambient(                              /* compute ambient component */
144 >        COLOR  acol,
145 >        RAY  *r,
146 >        COLOR  ac,
147 >        double  wt,
148 >        FVECT  pg,
149 >        FVECT  dg
150 > )
151   {
152          double  b, d;
153          AMBHEMI  hemi;
# Line 112 | Line 155 | FVECT  pg, dg;
155          AMBSAMP  dnew;
156          register AMBSAMP  *dp;
157          double  arad;
158 <        int  ndivs, ns;
158 >        int  ndivs;
159          register int  i, j;
160                                          /* initialize color */
161          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
162                                          /* initialize hemisphere */
163 <        inithemi(&hemi, r, wt);
163 >        inithemi(&hemi, r, ac, wt);
164          ndivs = hemi.nt * hemi.np;
165          if (ndivs == 0)
166                  return(0.0);
167 <                                        /* set number of super-samples */
168 <        ns = ambssamp * wt + 0.5;
126 <        if (ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
167 >                                        /* allocate super-samples */
168 >        if (hemi.ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
169                  div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
170                  if (div == NULL)
171                          error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
# Line 141 | Line 183 | FVECT  pg, dg;
183                          dp->n = 0;
184                          if (divsample(dp, &hemi, r) < 0)
185                                  goto oopsy;
186 +                        arad += dp->r;
187                          if (div != NULL)
188                                  dp++;
189 <                        else {
189 >                        else
190                                  addcolor(acol, dp->v);
148 –                                arad += dp->r;
149 –                        }
191                  }
192 <        if (ns > 0) {                   /* perform super-sampling */
192 >        if (hemi.ns > 0 && arad > FTINY && ndivs/arad < minarad)
193 >                hemi.ns = 0;            /* close enough */
194 >        else if (hemi.ns > 0) {         /* else perform super-sampling */
195                  comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
196                  qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);     /* sort divs */
197                                                  /* super-sample */
198 <                for (i = ns; i > 0; i--) {
199 <                        copystruct(&dnew, div);
198 >                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
199 >                        dnew = *div;
200                          if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
201                                  goto oopsy;
202                                                          /* reinsert */
203                          dp = div;
204                          j = ndivs < i ? ndivs : i;
205                          while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
206 <                                copystruct(dp, dp+1);
206 >                                *dp = *(dp+1);
207                                  dp++;
208                          }
209 <                        copystruct(dp, &dnew);
209 >                        *dp = dnew;
210                  }
211                  if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
212                          qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
213          }
214                                          /* compute returned values */
215          if (div != NULL) {
216 +                arad = 0.0;
217                  for (i = ndivs, dp = div; i-- > 0; dp++) {
218                          arad += dp->r;
219                          if (dp->n > 1) {
# Line 201 | Line 245 | FVECT  pg, dg;
245                                  for (i = 0; i < 3; i++)
246                                          dg[i] = 0.0;
247                  }
248 <                free((char *)div);
248 >                free((void *)div);
249          }
250          b = 1.0/ndivs;
251          scalecolor(acol, b);
252          if (arad <= FTINY)
253 <                arad = FHUGE;
253 >                arad = maxarad;
254          else
255 <                arad = (ndivs+ns)/arad;
255 >                arad = (ndivs+hemi.ns)/arad;
256          if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
257                  d = DOT(pg,pg);
258                  if (d*arad*arad > 1.0)
259                          arad = 1.0/sqrt(d);
260          }
261 <        if (arad > maxarad)
218 <                arad = maxarad;
219 <        else if (arad < minarad)
261 >        if (arad < minarad) {
262                  arad = minarad;
263 <        return(arad/sqrt(wt));
263 >                if (pg != NULL && d*arad*arad > 1.0) {  /* cap gradient */
264 >                        d = 1.0/arad/sqrt(d);
265 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
266 >                                pg[i] *= d;
267 >                }
268 >        }
269 >        if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
270 >                arad = maxarad;
271 >        return(arad);
272   oopsy:
273          if (div != NULL)
274 <                free((char *)div);
274 >                free((void *)div);
275          return(0.0);
276   }
277  
278  
279 < inithemi(hp, r, wt)             /* initialize sampling hemisphere */
280 < register AMBHEMI  *hp;
281 < RAY  *r;
282 < double  wt;
279 > void
280 > comperrs(                       /* compute initial error estimates */
281 >        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
282 >        register AMBHEMI  *hp
283 > )
284   {
234 –        register int  i;
235 –                                        /* set number of divisions */
236 –        if (wt < (.25*PI)/ambdiv+FTINY) {
237 –                hp->nt = hp->np = 0;
238 –                return;                 /* zero samples */
239 –        }
240 –        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
241 –        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
242 –                                        /* make axes */
243 –        VCOPY(hp->uz, r->ron);
244 –        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
245 –        for (i = 0; i < 3; i++)
246 –                if (hp->uz[i] < 0.6 && hp->uz[i] > -0.6)
247 –                        break;
248 –        if (i >= 3)
249 –                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
250 –        hp->uy[i] = 1.0;
251 –        fcross(hp->ux, hp->uy, hp->uz);
252 –        normalize(hp->ux);
253 –        fcross(hp->uy, hp->uz, hp->ux);
254 – }
255 –
256 –
257 – comperrs(da, hp)                /* compute initial error estimates */
258 – AMBSAMP  *da;           /* assumes standard ordering */
259 – register AMBHEMI  *hp;
260 – {
285          double  b, b2;
286          int  i, j;
287          register AMBSAMP  *dp;
# Line 304 | Line 328 | register AMBHEMI  *hp;
328   }
329  
330  
331 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
332 < FVECT  gv;
333 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
334 < AMBHEMI  *hp;
331 > void
332 > posgradient(                                    /* compute position gradient */
333 >        FVECT  gv,
334 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
335 >        register AMBHEMI  *hp
336 > )
337   {
338          register int  i, j;
339 <        double  b, d;
339 >        double  nextsine, lastsine, b, d;
340          double  mag0, mag1;
341          double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
342          register AMBSAMP  *dp;
# Line 319 | Line 345 | AMBHEMI  *hp;
345          for (j = 0; j < hp->np; j++) {
346                  dp = da + j;
347                  mag0 = mag1 = 0.0;
348 +                lastsine = 0.0;
349                  for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
350   #ifdef  DEBUG
351                          if (dp->t != i || dp->p != j)
# Line 329 | Line 356 | AMBHEMI  *hp;
356                          if (i > 0) {
357                                  d = dp[-hp->np].r;
358                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
359 <                                d *= 1.0 - (double)i/hp->nt;    /* cos(t)^2 */
359 >                                                        /* sin(t)*cos(t)^2 */
360 >                                d *= lastsine * (1.0 - (double)i/hp->nt);
361                                  mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
362                          }
363 +                        nextsine = sqrt((double)(i+1)/hp->nt);
364                          if (j > 0) {
365                                  d = dp[-1].r;
366                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
367 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[-1].v));
367 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
368 >                                                (b - bright(dp[-1].v));
369                          } else {
370                                  d = dp[hp->np-1].r;
371                                  if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
372 <                                mag1 += d*(b - bright(dp[hp->np-1].v));
372 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
373 >                                                (b - bright(dp[hp->np-1].v));
374                          }
375                          dp += hp->np;
376 +                        lastsine = nextsine;
377                  }
378 <                if (hp->nt > 1) {
347 <                        mag0 /= (double)hp->np;
348 <                        mag1 /= (double)hp->nt;
349 <                }
378 >                mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
379                  phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
380 <                cosp = cos(phi); sinp = sin(phi);
380 >                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
381                  xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
382                  yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
383          }
# Line 357 | Line 386 | AMBHEMI  *hp;
386   }
387  
388  
389 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
390 < FVECT  gv;
391 < AMBSAMP  *da;                   /* assumes standard ordering */
392 < AMBHEMI  *hp;
389 > void
390 > dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
391 >        FVECT  gv,
392 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
393 >        register AMBHEMI  *hp
394 > )
395   {
396          register int  i, j;
397          double  mag;
# Line 377 | Line 408 | AMBHEMI  *hp;
408                                  error(CONSISTENCY,
409                                          "division order in dirgradient");
410   #endif
411 <                        mag += sqrt((i+.5)/hp->nt)*bright(dp->v);  /* sin(t) */
411 >                                                        /* tan(t) */
412 >                        mag += bright(dp->v)/sqrt(hp->nt/(i+.5) - 1.0);
413                          dp += hp->np;
414                  }
415                  phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
416 <                xd += mag * cos(phi);
417 <                yd += mag * sin(phi);
416 >                xd += mag * tcos(phi);
417 >                yd += mag * tsin(phi);
418          }
419          for (i = 0; i < 3; i++)
420 <                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])*PI/(hp->nt*hp->np);
420 >                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/(hp->nt*hp->np);
421   }

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