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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 1.1 by greg, Fri Jun 7 10:03:52 1991 UTC vs.
Revision 2.14 by greg, Tue Apr 19 01:15:06 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  k;               /* error contribution for this division */
21 –        int  n;                 /* number of subsamples */
22 – }  AMBSAMP;             /* ambient division sample */
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 <
31 <
32 < static int
33 < ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
34 < AMBSAMP  *d1, *d2;
19 > int
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 >        int     ns;
28 >        double  d;
29 >        register int  i;
30 >                                        /* set number of divisions */
31 >        hp->nt = sqrt(ambdiv * wt / PI) + 0.5;
32 >        i = ambacc > FTINY ? 3 : 1;     /* minimum number of samples */
33 >        if (hp->nt < i)
34 >                hp->nt = i;
35 >        hp->np = PI * hp->nt + 0.5;
36 >                                        /* set number of super-samples */
37 >        ns = ambssamp * wt + 0.5;
38 >                                        /* assign coefficient */
39 >        d = 1.0/(hp->nt*hp->np + ns);   /* XXX weight not uniform if ns > 0 */
40 >        copycolor(hp->acoef, ac);
41 >        scalecolor(hp->acoef, d);
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 >        return(ns);
55   }
56  
57  
58 < static int
59 < ambnorm(d1, d2)                         /* standard order */
60 < AMBSAMP  *d1, *d2;
58 > int
59 > divsample(                              /* sample a division */
60 >        register AMBSAMP  *dp,
61 >        AMBHEMI  *h,
62 >        RAY  *r
63 > )
64   {
48 –        register int  c;
49 –
50 –        if (c = d1->t - d2->t)
51 –                return(c);
52 –        return(d1->p - d2->p);
53 – }
54 –
55 –
56 – static double
57 – divsample(dp, h, r)                     /* sample a division */
58 – register AMBSAMP  *dp;
59 – AMBHEMI  *h;
60 – RAY  *r;
61 – {
65          RAY  ar;
66 <        int  hlist[4];
66 >        int  hlist[3];
67 >        double  spt[2];
68          double  xd, yd, zd;
69          double  b2;
70          double  phi;
71 <        register int  k;
72 <
73 <        if (rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
74 <                return(0.0);
71 >        register int  i;
72 >                                        /* assign coefficient */
73 >        if (ambacc <= FTINY)            /* no storage, so report accurately */
74 >                copycolor(ar.rcoef, h->acoef);
75 >        else                            /* else lie for sake of cache */
76 >                setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
77 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, r, ar.rcoef) < 0)
78 >                return(-1);
79 >        copycolor(ar.rcoef, h->acoef);  /* correct coefficient rtrace output */
80          hlist[0] = r->rno;
81          hlist[1] = dp->t;
82          hlist[2] = dp->p;
83 <        hlist[3] = 0;
84 <        zd = sqrt((dp->t+urand(ilhash(hlist,4)+dp->n))/h->nt);
85 <        hlist[3] = 1;
86 <        phi = 2.0*PI * (dp->p+urand(ilhash(hlist,4)+dp->n))/h->np;
87 <        xd = cos(phi) * zd;
79 <        yd = sin(phi) * zd;
83 >        multisamp(spt, 2, urand(ilhash(hlist,3)+dp->n));
84 >        zd = sqrt((dp->t + spt[0])/h->nt);
85 >        phi = 2.0*PI * (dp->p + spt[1])/h->np;
86 >        xd = tcos(phi) * zd;
87 >        yd = tsin(phi) * zd;
88          zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
89 <        for (k = 0; k < 3; k++)
90 <                ar.rdir[k] =    xd*h->ux[k] +
91 <                                yd*h->uy[k] +
92 <                                zd*h->uz[k];
93 <        dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 38813;
89 >        for (i = 0; i < 3; i++)
90 >                ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
91 >                                yd*h->uy[i] +
92 >                                zd*h->uz[i];
93 >        dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
94          rayvalue(&ar);
95          ndims--;
96          addcolor(dp->v, ar.rcol);
97 +                                        /* use rt to improve gradient calc */
98 +        if (ar.rt > FTINY && ar.rt < FHUGE)
99 +                dp->r += 1.0/ar.rt;
100                                          /* (re)initialize error */
101          if (dp->n++) {
102                  b2 = bright(dp->v)/dp->n - bright(ar.rcol);
# Line 93 | Line 104 | RAY  *r;
104                  dp->k = b2/(dp->n*dp->n);
105          } else
106                  dp->k = 0.0;
107 <        return(ar.rot);
107 >        return(0);
108   }
109  
110  
111 + static int
112 + ambcmp(                                 /* decreasing order */
113 +        const void *p1,
114 +        const void *p2
115 + )
116 + {
117 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
118 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
119 +
120 +        if (d1->k < d2->k)
121 +                return(1);
122 +        if (d1->k > d2->k)
123 +                return(-1);
124 +        return(0);
125 + }
126 +
127 +
128 + static int
129 + ambnorm(                                /* standard order */
130 +        const void *p1,
131 +        const void *p2
132 + )
133 + {
134 +        const AMBSAMP   *d1 = (const AMBSAMP *)p1;
135 +        const AMBSAMP   *d2 = (const AMBSAMP *)p2;
136 +        register int    c;
137 +
138 +        if ( (c = d1->t - d2->t) )
139 +                return(c);
140 +        return(d1->p - d2->p);
141 + }
142 +
143 +
144   double
145 < doambient(acol, r, pg, dg)              /* compute ambient component */
146 < COLOR  acol;
147 < RAY  *r;
148 < FVECT  pg, dg;
145 > doambient(                              /* compute ambient component */
146 >        COLOR  acol,
147 >        RAY  *r,
148 >        COLOR  ac,
149 >        double  wt,
150 >        FVECT  pg,
151 >        FVECT  dg
152 > )
153   {
154          double  b, d;
155          AMBHEMI  hemi;
# Line 114 | Line 162 | FVECT  pg, dg;
162                                          /* initialize color */
163          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
164                                          /* initialize hemisphere */
165 <        inithemi(&hemi, r);
165 >        ns = inithemi(&hemi, r, ac, wt);
166          ndivs = hemi.nt * hemi.np;
167          if (ndivs == 0)
168                  return(0.0);
169 <                                        /* set number of super-samples */
122 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
169 >                                        /* allocate super-samples */
170          if (ns > 0 || pg != NULL || dg != NULL) {
171                  div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
172                  if (div == NULL)
# Line 134 | Line 181 | FVECT  pg, dg;
181                  for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
182                          dp->t = i; dp->p = j;
183                          setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
184 +                        dp->r = 0.0;
185                          dp->n = 0;
186 <                        if ((d = divsample(dp, &hemi, r)) == 0.0)
186 >                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0)
187                                  goto oopsy;
188 <                        if (d < FHUGE)
141 <                                arad += 1.0 / d;
188 >                        arad += dp->r;
189                          if (div != NULL)
190                                  dp++;
191                          else
192                                  addcolor(acol, dp->v);
193                  }
194 <        if (ns > 0) {                   /* perform super-sampling */
195 <                comperrs(div, hemi);                    /* compute errors */
194 >        if (ns > 0 && arad > FTINY && ndivs/arad < minarad)
195 >                ns = 0;                 /* close enough */
196 >        else if (ns > 0) {              /* else perform super-sampling */
197 >                comperrs(div, &hemi);                   /* compute errors */
198                  qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);     /* sort divs */
150 –                dp = div + ndivs;                       /* skim excess */
151 –                for (i = ndivs; i > ns; i--) {
152 –                        dp--;
153 –                        addcolor(acol, dp->v);
154 –                }
199                                                  /* super-sample */
200                  for (i = ns; i > 0; i--) {
201 <                        copystruct(&dnew, div);
202 <                        if ((d = divsample(&dnew, &hemi)) == 0.0)
201 >                        dnew = *div;
202 >                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
203                                  goto oopsy;
160 –                        if (d < FHUGE)
161 –                                arad += 1.0 / d;
204                                                          /* reinsert */
205                          dp = div;
206                          j = ndivs < i ? ndivs : i;
207                          while (--j > 0 && dnew.k < dp[1].k) {
208 <                                copystruct(dp, dp+1);
208 >                                *dp = *(dp+1);
209                                  dp++;
210                          }
211 <                        copystruct(dp, &dnew);
170 <                                                        /* extract darkest */
171 <                        if (i <= ndivs) {
172 <                                dp = div + i-1;
173 <                                if (dp->n > 1) {
174 <                                        b = 1.0/dp->n;
175 <                                        scalecolor(dp->v, b);
176 <                                        dp->n = 1;
177 <                                }
178 <                                addcolor(acol, dp->v);
179 <                        }
211 >                        *dp = dnew;
212                  }
213 <                if (pg != NULL || dg != NULL)   /* reorder */
213 >                if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
214                          qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
215          }
216                                          /* compute returned values */
217 <        if (pg != NULL)
218 <                posgradient(pg, div, &hemi);
219 <        if (dg != NULL)
220 <                dirgradient(dg, div, &hemi);
221 <        if (div != NULL)
222 <                free((char *)div);
217 >        if (div != NULL) {
218 >                arad = 0.0;
219 >                for (i = ndivs, dp = div; i-- > 0; dp++) {
220 >                        arad += dp->r;
221 >                        if (dp->n > 1) {
222 >                                b = 1.0/dp->n;
223 >                                scalecolor(dp->v, b);
224 >                                dp->r *= b;
225 >                                dp->n = 1;
226 >                        }
227 >                        addcolor(acol, dp->v);
228 >                }
229 >                b = bright(acol);
230 >                if (b > FTINY) {
231 >                        b = ndivs/b;
232 >                        if (pg != NULL) {
233 >                                posgradient(pg, div, &hemi);
234 >                                for (i = 0; i < 3; i++)
235 >                                        pg[i] *= b;
236 >                        }
237 >                        if (dg != NULL) {
238 >                                dirgradient(dg, div, &hemi);
239 >                                for (i = 0; i < 3; i++)
240 >                                        dg[i] *= b;
241 >                        }
242 >                } else {
243 >                        if (pg != NULL)
244 >                                for (i = 0; i < 3; i++)
245 >                                        pg[i] = 0.0;
246 >                        if (dg != NULL)
247 >                                for (i = 0; i < 3; i++)
248 >                                        dg[i] = 0.0;
249 >                }
250 >                free((void *)div);
251 >        }
252          b = 1.0/ndivs;
253          scalecolor(acol, b);
254          if (arad <= FTINY)
255 <                arad = FHUGE;
255 >                arad = maxarad;
256          else
257                  arad = (ndivs+ns)/arad;
258 <        if (arad > maxarad)
259 <                arad = maxarad;
260 <        else if (arad < minarad)
258 >        if (pg != NULL) {               /* reduce radius if gradient large */
259 >                d = DOT(pg,pg);
260 >                if (d*arad*arad > 1.0)
261 >                        arad = 1.0/sqrt(d);
262 >        }
263 >        if (arad < minarad) {
264                  arad = minarad;
265 <        arad /= sqrt(r->rweight);
265 >                if (pg != NULL && d*arad*arad > 1.0) {  /* cap gradient */
266 >                        d = 1.0/arad/sqrt(d);
267 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
268 >                                pg[i] *= d;
269 >                }
270 >        }
271 >        if ((arad /= sqrt(wt)) > maxarad)
272 >                arad = maxarad;
273          return(arad);
274   oopsy:
275          if (div != NULL)
276 <                free((char *)div);
276 >                free((void *)div);
277          return(0.0);
278   }
279  
280  
281 < inithemi(hp, r)                 /* initialize sampling hemisphere */
282 < register AMBHEMI  *hp;
283 < RAY  *r;
281 > void
282 > comperrs(                       /* compute initial error estimates */
283 >        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
284 >        register AMBHEMI  *hp
285 > )
286   {
214 –        register int  k;
215 –                                        /* set number of divisions */
216 –        hp->nt = sqrt(ambdiv * r->rweight * 0.5) + 0.5;
217 –        hp->np = 2 * hp->nt;
218 –                                        /* make axes */
219 –        VCOPY(hp->uz, r->ron);
220 –        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
221 –        for (k = 0; k < 3; k++)
222 –                if (hp->uz[k] < 0.6 && hp->uz[k] > -0.6)
223 –                        break;
224 –        if (k >= 3)
225 –                error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi");
226 –        hp->uy[k] = 1.0;
227 –        fcross(hp->ux, hp->uz, hp->uy);
228 –        normalize(hp->ux);
229 –        fcross(hp->uy, hp->ux, hp->uz);
230 – }
231 –
232 –
233 – comperrs(da, hp)                /* compute initial error estimates */
234 – AMBSAMP  *da;
235 – register AMBHEMI  *hp;
236 – {
287          double  b, b2;
288          int  i, j;
289          register AMBSAMP  *dp;
# Line 241 | Line 291 | register AMBHEMI  *hp;
291          dp = da;
292          for (i = 0; i < hp->nt; i++)
293                  for (j = 0; j < hp->np; j++) {
294 + #ifdef  DEBUG
295 +                        if (dp->t != i || dp->p != j)
296 +                                error(CONSISTENCY,
297 +                                        "division order in comperrs");
298 + #endif
299                          b = bright(dp[0].v);
300                          if (i > 0) {            /* from above */
301                                  b2 = bright(dp[-hp->np].v) - b;
# Line 253 | Line 308 | register AMBHEMI  *hp;
308                                  b2 *= b2 * 0.25;
309                                  dp[0].k += b2;
310                                  dp[-1].k += b2;
311 <                        }
312 <                        if (j == hp->np-1) {    /* around */
258 <                                b2 = bright(dp[-(hp->np-1)].v) - b;
311 >                        } else {                /* around */
312 >                                b2 = bright(dp[hp->np-1].v) - b;
313                                  b2 *= b2 * 0.25;
314                                  dp[0].k += b2;
315 <                                dp[-(hp->np-1)].k += b2;
315 >                                dp[hp->np-1].k += b2;
316                          }
317                          dp++;
318                  }
# Line 276 | Line 330 | register AMBHEMI  *hp;
330   }
331  
332  
333 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
334 < FVECT  gv;
335 < AMBSAMP  *da;
336 < AMBHEMI  *hp;
333 > void
334 > posgradient(                                    /* compute position gradient */
335 >        FVECT  gv,
336 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
337 >        register AMBHEMI  *hp
338 > )
339   {
340 <        gv[0] = 0.0; gv[1] = 0.0; gv[2] = 0.0;
340 >        register int  i, j;
341 >        double  nextsine, lastsine, b, d;
342 >        double  mag0, mag1;
343 >        double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
344 >        register AMBSAMP  *dp;
345 >
346 >        xd = yd = 0.0;
347 >        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
348 >                dp = da + j;
349 >                mag0 = mag1 = 0.0;
350 >                lastsine = 0.0;
351 >                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
352 > #ifdef  DEBUG
353 >                        if (dp->t != i || dp->p != j)
354 >                                error(CONSISTENCY,
355 >                                        "division order in posgradient");
356 > #endif
357 >                        b = bright(dp->v);
358 >                        if (i > 0) {
359 >                                d = dp[-hp->np].r;
360 >                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
361 >                                                        /* sin(t)*cos(t)^2 */
362 >                                d *= lastsine * (1.0 - (double)i/hp->nt);
363 >                                mag0 += d*(b - bright(dp[-hp->np].v));
364 >                        }
365 >                        nextsine = sqrt((double)(i+1)/hp->nt);
366 >                        if (j > 0) {
367 >                                d = dp[-1].r;
368 >                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
369 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
370 >                                                (b - bright(dp[-1].v));
371 >                        } else {
372 >                                d = dp[hp->np-1].r;
373 >                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
374 >                                mag1 += d * (nextsine - lastsine) *
375 >                                                (b - bright(dp[hp->np-1].v));
376 >                        }
377 >                        dp += hp->np;
378 >                        lastsine = nextsine;
379 >                }
380 >                mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
381 >                phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
382 >                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
383 >                xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
384 >                yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
385 >        }
386 >        for (i = 0; i < 3; i++)
387 >                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/PI;
388   }
389  
390  
391 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
392 < FVECT  gv;
393 < AMBSAMP  *da;
394 < AMBHEMI  *hp;
391 > void
392 > dirgradient(                                    /* compute direction gradient */
393 >        FVECT  gv,
394 >        AMBSAMP  *da,                   /* assumes standard ordering */
395 >        register AMBHEMI  *hp
396 > )
397   {
398 <        gv[0] = 0.0; gv[1] = 0.0; gv[2] = 0.0;
398 >        register int  i, j;
399 >        double  mag;
400 >        double  phi, xd, yd;
401 >        register AMBSAMP  *dp;
402 >
403 >        xd = yd = 0.0;
404 >        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
405 >                dp = da + j;
406 >                mag = 0.0;
407 >                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
408 > #ifdef  DEBUG
409 >                        if (dp->t != i || dp->p != j)
410 >                                error(CONSISTENCY,
411 >                                        "division order in dirgradient");
412 > #endif
413 >                                                        /* tan(t) */
414 >                        mag += bright(dp->v)/sqrt(hp->nt/(i+.5) - 1.0);
415 >                        dp += hp->np;
416 >                }
417 >                phi = 2.0*PI * (j+.5)/hp->np + PI/2.0;
418 >                xd += mag * tcos(phi);
419 >                yd += mag * tsin(phi);
420 >        }
421 >        for (i = 0; i < 3; i++)
422 >                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/(hp->nt*hp->np);
423   }

Diff Legend

– Removed lines
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> Changed lines