ViewVC Help
View File | Revision Log | Show Annotations | Download File | Root Listing
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 2.15 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  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 > 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   {
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 – {
64          RAY  ar;
65 <        int  hlist[4];
65 >        int  hlist[3];
66 >        double  spt[2];
67          double  xd, yd, zd;
68          double  b2;
69          double  phi;
70 <        register int  k;
71 <
72 <        if (rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
73 <                return(0.0);
70 >        register int  i;
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 <        hlist[3] = 0;
82 <        zd = sqrt((dp->t+urand(ilhash(hlist,4)+dp->n))/h->nt);
83 <        hlist[3] = 1;
84 <        phi = 2.0*PI * (dp->p+urand(ilhash(hlist,4)+dp->n))/h->np;
85 <        xd = cos(phi) * zd;
79 <        yd = sin(phi) * zd;
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 = tcos(phi) * zd;
85 >        yd = tsin(phi) * zd;
86          zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
87 <        for (k = 0; k < 3; k++)
88 <                ar.rdir[k] =    xd*h->ux[k] +
89 <                                yd*h->uy[k] +
90 <                                zd*h->uz[k];
91 <        dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 38813;
87 >        for (i = 0; i < 3; i++)
88 >                ar.rdir[i] =    xd*h->ux[i] +
89 >                                yd*h->uy[i] +
90 >                                zd*h->uz[i];
91 >        dimlist[ndims++] = dp->t*h->np + dp->p + 90171;
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 */
99          if (dp->n++) {
100                  b2 = bright(dp->v)/dp->n - bright(ar.rcol);
# Line 93 | Line 102 | RAY  *r;
102                  dp->k = b2/(dp->n*dp->n);
103          } else
104                  dp->k = 0.0;
105 <        return(ar.rot);
105 >        return(0);
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, pg, dg)              /* compute ambient component */
144 < COLOR  acol;
145 < RAY  *r;
146 < 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 109 | 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);
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 * r->rweight + 0.5;
123 <        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 134 | Line 179 | FVECT  pg, dg;
179                  for (j = 0; j < hemi.np; j++) {
180                          dp->t = i; dp->p = j;
181                          setcolor(dp->v, 0.0, 0.0, 0.0);
182 +                        dp->r = 0.0;
183                          dp->n = 0;
184 <                        if ((d = divsample(dp, &hemi, r)) == 0.0)
184 >                        if (divsample(dp, &hemi, r) < 0)
185                                  goto oopsy;
186 <                        if (d < FHUGE)
141 <                                arad += 1.0 / d;
186 >                        arad += dp->r;
187                          if (div != NULL)
188                                  dp++;
189                          else
190                                  addcolor(acol, dp->v);
191                  }
192 <        if (ns > 0) {                   /* perform super-sampling */
193 <                comperrs(div, hemi);                    /* compute errors */
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 */
150 –                dp = div + ndivs;                       /* skim excess */
151 –                for (i = ndivs; i > ns; i--) {
152 –                        dp--;
153 –                        addcolor(acol, dp->v);
154 –                }
197                                                  /* super-sample */
198 <                for (i = ns; i > 0; i--) {
199 <                        copystruct(&dnew, div);
200 <                        if ((d = divsample(&dnew, &hemi)) == 0.0)
198 >                for (i = hemi.ns; i > 0; i--) {
199 >                        dnew = *div;
200 >                        if (divsample(&dnew, &hemi, r) < 0)
201                                  goto oopsy;
160 –                        if (d < FHUGE)
161 –                                arad += 1.0 / d;
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);
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 <                        }
209 >                        *dp = dnew;
210                  }
211 <                if (pg != NULL || dg != NULL)   /* reorder */
211 >                if (pg != NULL || dg != NULL)   /* restore order */
212                          qsort(div, ndivs, sizeof(AMBSAMP), ambnorm);
213          }
214                                          /* compute returned values */
215 <        if (pg != NULL)
216 <                posgradient(pg, div, &hemi);
217 <        if (dg != NULL)
218 <                dirgradient(dg, div, &hemi);
219 <        if (div != NULL)
220 <                free((char *)div);
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) {
220 >                                b = 1.0/dp->n;
221 >                                scalecolor(dp->v, b);
222 >                                dp->r *= b;
223 >                                dp->n = 1;
224 >                        }
225 >                        addcolor(acol, dp->v);
226 >                }
227 >                b = bright(acol);
228 >                if (b > FTINY) {
229 >                        b = ndivs/b;
230 >                        if (pg != NULL) {
231 >                                posgradient(pg, div, &hemi);
232 >                                for (i = 0; i < 3; i++)
233 >                                        pg[i] *= b;
234 >                        }
235 >                        if (dg != NULL) {
236 >                                dirgradient(dg, div, &hemi);
237 >                                for (i = 0; i < 3; i++)
238 >                                        dg[i] *= b;
239 >                        }
240 >                } else {
241 >                        if (pg != NULL)
242 >                                for (i = 0; i < 3; i++)
243 >                                        pg[i] = 0.0;
244 >                        if (dg != NULL)
245 >                                for (i = 0; i < 3; i++)
246 >                                        dg[i] = 0.0;
247 >                }
248 >                free((void *)div);
249 >        }
250          b = 1.0/ndivs;
251          scalecolor(acol, b);
252          if (arad <= FTINY)
194 –                arad = FHUGE;
195 –        else
196 –                arad = (ndivs+ns)/arad;
197 –        if (arad > maxarad)
253                  arad = maxarad;
254 <        else if (arad < minarad)
254 >        else
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 < minarad) {
262                  arad = minarad;
263 <        arad /= sqrt(r->rweight);
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)                 /* initialize sampling hemisphere */
280 < register AMBHEMI  *hp;
281 < RAY  *r;
279 > void
280 > comperrs(                       /* compute initial error estimates */
281 >        AMBSAMP  *da,   /* assumes standard ordering */
282 >        register AMBHEMI  *hp
283 > )
284   {
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 – {
285          double  b, b2;
286          int  i, j;
287          register AMBSAMP  *dp;
# Line 241 | Line 289 | register AMBHEMI  *hp;
289          dp = da;
290          for (i = 0; i < hp->nt; i++)
291                  for (j = 0; j < hp->np; j++) {
292 + #ifdef  DEBUG
293 +                        if (dp->t != i || dp->p != j)
294 +                                error(CONSISTENCY,
295 +                                        "division order in comperrs");
296 + #endif
297                          b = bright(dp[0].v);
298                          if (i > 0) {            /* from above */
299                                  b2 = bright(dp[-hp->np].v) - b;
# Line 253 | Line 306 | register AMBHEMI  *hp;
306                                  b2 *= b2 * 0.25;
307                                  dp[0].k += b2;
308                                  dp[-1].k += b2;
309 <                        }
310 <                        if (j == hp->np-1) {    /* around */
258 <                                b2 = bright(dp[-(hp->np-1)].v) - b;
309 >                        } else {                /* around */
310 >                                b2 = bright(dp[hp->np-1].v) - b;
311                                  b2 *= b2 * 0.25;
312                                  dp[0].k += b2;
313 <                                dp[-(hp->np-1)].k += b2;
313 >                                dp[hp->np-1].k += b2;
314                          }
315                          dp++;
316                  }
# Line 276 | Line 328 | register AMBHEMI  *hp;
328   }
329  
330  
331 < posgradient(gv, da, hp)                         /* compute position gradient */
332 < FVECT  gv;
333 < AMBSAMP  *da;
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 <        gv[0] = 0.0; gv[1] = 0.0; gv[2] = 0.0;
338 >        register int  i, j;
339 >        double  nextsine, lastsine, b, d;
340 >        double  mag0, mag1;
341 >        double  phi, cosp, sinp, xd, yd;
342 >        register AMBSAMP  *dp;
343 >
344 >        xd = yd = 0.0;
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)
352 >                                error(CONSISTENCY,
353 >                                        "division order in posgradient");
354 > #endif
355 >                        b = bright(dp->v);
356 >                        if (i > 0) {
357 >                                d = dp[-hp->np].r;
358 >                                if (dp[0].r > d) d = dp[0].r;
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 * (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 * (nextsine - lastsine) *
373 >                                                (b - bright(dp[hp->np-1].v));
374 >                        }
375 >                        dp += hp->np;
376 >                        lastsine = nextsine;
377 >                }
378 >                mag0 *= 2.0*PI / hp->np;
379 >                phi = 2.0*PI * (double)j/hp->np;
380 >                cosp = tcos(phi); sinp = tsin(phi);
381 >                xd += mag0*cosp - mag1*sinp;
382 >                yd += mag0*sinp + mag1*cosp;
383 >        }
384 >        for (i = 0; i < 3; i++)
385 >                gv[i] = (xd*hp->ux[i] + yd*hp->uy[i])/PI;
386   }
387  
388  
389 < dirgradient(gv, da, hp)                         /* compute direction gradient */
390 < FVECT  gv;
391 < AMBSAMP  *da;
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 <        gv[0] = 0.0; gv[1] = 0.0; gv[2] = 0.0;
396 >        register int  i, j;
397 >        double  mag;
398 >        double  phi, xd, yd;
399 >        register AMBSAMP  *dp;
400 >
401 >        xd = yd = 0.0;
402 >        for (j = 0; j < hp->np; j++) {
403 >                dp = da + j;
404 >                mag = 0.0;
405 >                for (i = 0; i < hp->nt; i++) {
406 > #ifdef  DEBUG
407 >                        if (dp->t != i || dp->p != j)
408 >                                error(CONSISTENCY,
409 >                                        "division order in dirgradient");
410 > #endif
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 * 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])/(hp->nt*hp->np);
421   }

Diff Legend

– Removed lines
+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines