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

Comparing ray/src/rt/ambcomp.c (file contents):
Revision 2.27 by greg, Sat Apr 19 02:39:44 2014 UTC vs.
Revision 2.36 by greg, Sat Apr 26 04:37:48 2014 UTC

# Line 28 | Line 28 | typedef struct {
28          COLOR   acoef;          /* division contribution coefficient */
29          struct s_ambsamp {
30                  COLOR   v;              /* hemisphere sample value */
31 <                float   p[3];           /* intersection point */
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   typedef struct {
38 <        FVECT   r_i, r_i1, e_i;
39 <        double  nf, I1, I2, J2;
38 >        FVECT   r_i, r_i1, e_i, rcp, rI2_eJ2;
39 >        double  I1, I2;
40   } FFTRI;                /* vectors and coefficients for Hessian calculation */
41  
42  
# Line 69 | Line 69 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
69          copycolor(hp->acoef, ac);
70          d = 1.0/(n*n);
71          scalecolor(hp->acoef, d);
72 <                                        /* make tangent axes */
73 <        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0.0;
74 <        for (i = 0; i < 3; i++)
75 <                if (r->ron[i] < 0.6 && r->ron[i] > -0.6)
76 <                        break;
77 <        if (i >= 3)
72 >                                        /* make tangent plane axes */
73 >        hp->uy[0] = hp->uy[1] = hp->uy[2] = 0;
74 >        for (i = 3; i--; )
75 >                if ((0.6 < r->ron[i]) & (r->ron[i] < 0.6))
76 >                        hp->uy[i] = 0.1+frandom();
77 >        if (DOT(hp->uy,hp->uy) <= FTINY)
78                  error(CONSISTENCY, "bad ray direction in inithemi()");
79 –        hp->uy[i] = 1.0;
79          VCROSS(hp->ux, hp->uy, r->ron);
80          normalize(hp->ux);
81          VCROSS(hp->uy, r->ron, hp->ux);
# Line 85 | Line 84 | inithemi(                      /* initialize sampling hemisphere */
84   }
85  
86  
87 < static int
87 > static struct s_ambsamp *
88   ambsample(                              /* sample an ambient direction */
89          AMBHEMI *hp,
90          int     i,
# Line 94 | Line 93 | ambsample(                             /* sample an ambient direction */
93   {
94          struct s_ambsamp        *ap = &ambsamp(hp,i,j);
95          RAY                     ar;
97 –        int                     hlist[3];
96          double                  spt[2], zd;
97          int                     ii;
98                                          /* ambient coefficient for weight */
# Line 102 | Line 100 | ambsample(                             /* sample an ambient direction */
100                  setcolor(ar.rcoef, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
101          else
102                  copycolor(ar.rcoef, hp->acoef);
103 <        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0) {
104 <                setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
107 <                VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
108 <                return(0);              /* no sample taken */
109 <        }
103 >        if (rayorigin(&ar, AMBIENT, hp->rp, ar.rcoef) < 0)
104 >                goto badsample;
105          if (ambacc > FTINY) {
106                  multcolor(ar.rcoef, hp->acoef);
107                  scalecolor(ar.rcoef, 1./AVGREFL);
108          }
109                                          /* generate hemispherical sample */
110          SDsquare2disk(spt,      (i+.1+.8*frandom())/hp->ns,
111 <                                (j+.1+.8*frandom())/hp->ns);
111 >                                (j+.1+.8*frandom())/hp->ns );
112          zd = sqrt(1. - spt[0]*spt[0] - spt[1]*spt[1]);
113          for (ii = 3; ii--; )
114                  ar.rdir[ii] =   spt[0]*hp->ux[ii] +
# Line 123 | Line 118 | ambsample(                             /* sample an ambient direction */
118          dimlist[ndims++] = i*hp->ns + j + 90171;
119          rayvalue(&ar);                  /* evaluate ray */
120          ndims--;
121 +                                        /* limit vertex distance */
122 +        if (ar.rt > 10.0*thescene.cusize)
123 +                ar.rt = 10.0*thescene.cusize;
124 +        else if (ar.rt <= FTINY)        /* should never happen! */
125 +                goto badsample;
126 +        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
127          multcolor(ar.rcol, ar.rcoef);   /* apply coefficient */
128          copycolor(ap->v, ar.rcol);
129 <        if (ar.rt > 20.0*maxarad)       /* limit vertex distance */
130 <                ar.rt = 20.0*maxarad;
131 <        VSUM(ap->p, ar.rorg, ar.rdir, ar.rt);
132 <        return(1);
129 >        return(ap);
130 > badsample:
131 >        setcolor(ap->v, 0., 0., 0.);
132 >        VCOPY(ap->p, hp->rp->rop);
133 >        return(NULL);
134   }
135  
136  
137   /* Compute vectors and coefficients for Hessian/gradient calcs */
138   static void
139 < comp_fftri(FFTRI *ftp, float ap0[3], float ap1[3], FVECT rop)
139 > comp_fftri(FFTRI *ftp, FVECT ap0, FVECT ap1, FVECT rop)
140   {
141 <        FVECT   v1;
142 <        double  dot_e, dot_er, dot_r, dot_r1;
141 >        double  rdot_cp, dot_e, dot_er, rdot_r, rdot_r1, J2;
142 >        int     i;
143  
144          VSUB(ftp->r_i, ap0, rop);
145          VSUB(ftp->r_i1, ap1, rop);
146          VSUB(ftp->e_i, ap1, ap0);
147 <        VCROSS(v1, ftp->e_i, ftp->r_i);
148 <        ftp->nf = 1.0/DOT(v1,v1);
147 <        VCROSS(v1, ftp->r_i, ftp->r_i1);
148 <        ftp->I1 = sqrt(DOT(v1,v1)*ftp->nf);
147 >        VCROSS(ftp->rcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
148 >        rdot_cp = 1.0/DOT(ftp->rcp,ftp->rcp);
149          dot_e = DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
150          dot_er = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
151 <        dot_r = DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
152 <        dot_r1 = DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
153 <        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)/dot_r1 - dot_er/dot_r +
154 <                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*ftp->nf;
155 <        ftp->J2 =  0.25*ftp->nf*( 1.0/dot_r - 1.0/dot_r1 ) -
156 <                        dot_er/dot_e*ftp->I2;
151 >        rdot_r = 1.0/DOT(ftp->r_i,ftp->r_i);
152 >        rdot_r1 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
153 >        ftp->I1 = acos( DOT(ftp->r_i, ftp->r_i1) * sqrt(rdot_r*rdot_r1) ) *
154 >                        sqrt( rdot_cp );
155 >        ftp->I2 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*rdot_r1 - dot_er*rdot_r +
156 >                        dot_e*ftp->I1 )*0.5*rdot_cp;
157 >        J2 =  ( 0.5*(rdot_r - rdot_r1) - dot_er*ftp->I2 ) / dot_e;
158 >        for (i = 3; i--; )
159 >                ftp->rI2_eJ2[i] = ftp->I2*ftp->r_i[i] + J2*ftp->e_i[i];
160   }
161  
162  
163 < /* Compose matrix from two vectors */
163 > /* Compose 3x3 matrix from two vectors */
164   static void
165   compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
166   {
# Line 174 | Line 177 | compose_matrix(FVECT mat[3], FVECT va, FVECT vb)
177   static void
178   comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
179   {
180 <        FVECT   v1, v2;
180 >        FVECT   ncp;
181          FVECT   m1[3], m2[3], m3[3], m4[3];
182          double  d1, d2, d3, d4;
183          double  I3, J3, K3;
# Line 184 | Line 187 | comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
187          d2 = 1.0/DOT(ftp->r_i1,ftp->r_i1);
188          d3 = 1.0/DOT(ftp->e_i,ftp->e_i);
189          d4 = DOT(ftp->e_i, ftp->r_i);
190 <        I3 = 0.25*ftp->nf*( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 +
191 <                                3.0*ftp->I2*d3 );
190 >        I3 = ( DOT(ftp->e_i, ftp->r_i1)*d2*d2 - d4*d1*d1 + 3.0/d3*ftp->I2 )
191 >                        / ( 4.0*DOT(ftp->rcp,ftp->rcp) );
192          J3 = 0.25*d3*(d1*d1 - d2*d2) - d4*d3*I3;
193          K3 = d3*(ftp->I2 - I3/d1 - 2.0*d4*J3);
194                                          /* intermediate matrices */
195 <        VCROSS(v1, nrm, ftp->e_i);
196 <        for (j = 3; j--; )
194 <                v2[i] = ftp->I2*ftp->r_i[j] + ftp->J2*ftp->e_i[j];
195 <        compose_matrix(m1, v1, v2);
195 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
196 >        compose_matrix(m1, ncp, ftp->rI2_eJ2);
197          compose_matrix(m2, ftp->r_i, ftp->r_i);
198          compose_matrix(m3, ftp->e_i, ftp->e_i);
199          compose_matrix(m4, ftp->r_i, ftp->e_i);
200 <        VCROSS(v1, ftp->r_i, ftp->e_i);
200 <        d1 = DOT(nrm, v1);
200 >        d1 = DOT(nrm, ftp->rcp);
201          d2 = -d1*ftp->I2;
202          d1 *= 2.0;
203          for (i = 3; i--; )              /* final matrix sum */
# Line 205 | Line 205 | comp_hessian(FVECT hess[3], FFTRI *ftp, FVECT nrm)
205                  hess[i][j] = m1[i][j] + d1*( I3*m2[i][j] + K3*m3[i][j] +
206                                                  2.0*J3*m4[i][j] );
207                  hess[i][j] += d2*(i==j);
208 <                hess[i][j] *= -1.0/PI;
208 >                hess[i][j] *= 1.0/PI;
209              }
210   }
211  
# Line 241 | Line 241 | add2hessian(FVECT hess[3], FVECT ehess1[3],
241   static void
242   comp_gradient(FVECT grad, FFTRI *ftp, FVECT nrm)
243   {
244 <        FVECT   vcp;
244 >        FVECT   ncp;
245          double  f1;
246          int     i;
247  
248 <        VCROSS(vcp, ftp->r_i, ftp->r_i1);
249 <        f1 = 2.0*DOT(nrm, vcp);
250 <        VCROSS(vcp, nrm, ftp->e_i);
248 >        f1 = 2.0*DOT(nrm, ftp->rcp);
249 >        VCROSS(ncp, nrm, ftp->e_i);
250          for (i = 3; i--; )
251 <                grad[i] = (0.5/PI)*( ftp->I1*vcp[i] +
253 <                            f1*(ftp->I2*ftp->r_i[i] + ftp->J2*ftp->e_i[i]) );
251 >                grad[i] = (-0.5/PI)*( ftp->I1*ncp[i] + f1*ftp->rI2_eJ2[i] );
252   }
253  
254  
# Line 286 | Line 284 | back_ambval(struct s_ambsamp *ap1, struct s_ambsamp *a
284  
285          VSUB(vec, ap1->p, orig);
286          d2best = DOT(vec,vec);
287 <        vback = ap1->v[CIEY];
287 >        vback = colval(ap1->v,CIEY);
288          VSUB(vec, ap2->p, orig);
289          d2 = DOT(vec,vec);
290          if (d2 > d2best) {
291                  d2best = d2;
292 <                vback = ap2->v[CIEY];
292 >                vback = colval(ap2->v,CIEY);
293          }
294          VSUB(vec, ap3->p, orig);
295          d2 = DOT(vec,vec);
296          if (d2 > d2best)
297 <                return(ap3->v[CIEY]);
297 >                return(colval(ap3->v,CIEY));
298          return(vback);
299   }
300  
# Line 319 | Line 317 | eigenvectors(FVECT uv[2], float ra[2], FVECT hessian[3
317          hess2[1][0] = DOT(uv[1], a);
318          hess2[1][1] = DOT(uv[1], b);
319                                          /* compute eigenvalues */
320 <        if (quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
320 >        if ( quadratic(evalue, 1.0, -hess2[0][0]-hess2[1][1],
321                          hess2[0][0]*hess2[1][1]-hess2[0][1]*hess2[1][0]) != 2 ||
322 <                        (evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY*FTINY ||
323 <                        (evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY*FTINY)
322 >                        ((evalue[0] = fabs(evalue[0])) <= FTINY*FTINY) |
323 >                        ((evalue[1] = fabs(evalue[1])) <= FTINY*FTINY) )
324                  error(INTERNAL, "bad eigenvalue calculation");
325  
326          if (evalue[0] > evalue[1]) {
327 <                ra[0] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[0]));
328 <                ra[1] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[1]));
327 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
328 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
329                  slope1 = evalue[1];
330          } else {
331 <                ra[0] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[1]));
332 <                ra[1] = 1.0/sqrt(sqrt(evalue[0]));
331 >                ra[0] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[1]));
332 >                ra[1] = sqrt(sqrt(4.0/evalue[0]));
333                  slope1 = evalue[0];
334          }
335                                          /* compute unit eigenvectors */
# Line 352 | Line 350 | static void
350   ambHessian(                             /* anisotropic radii & pos. gradient */
351          AMBHEMI *hp,
352          FVECT   uv[2],                  /* returned */
353 <        float   ra[2],                  /* returned */
354 <        float   pg[2]                   /* returned */
353 >        float   ra[2],                  /* returned (optional) */
354 >        float   pg[2]                   /* returned (optional) */
355   )
356   {
357          static char     memerrmsg[] = "out of memory in ambHessian()";
# Line 368 | Line 366 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
366          VCOPY(uv[1], hp->uy);
367                          /* clock-wise vertex traversal from sample POV */
368          if (ra != NULL) {               /* initialize Hessian row buffer */
369 <                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*hp->ns);
369 >                hessrow = (FVECT (*)[3])malloc(sizeof(FVECT)*3*(hp->ns-1));
370                  if (hessrow == NULL)
371                          error(SYSTEM, memerrmsg);
372                  memset(hessian, 0, sizeof(hessian));
373          } else if (pg == NULL)          /* bogus call? */
374                  return;
375          if (pg != NULL) {               /* initialize form factor row buffer */
376 <                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*hp->ns);
376 >                gradrow = (FVECT *)malloc(sizeof(FVECT)*(hp->ns-1));
377                  if (gradrow == NULL)
378                          error(SYSTEM, memerrmsg);
379                  memset(gradient, 0, sizeof(gradient));
# Line 452 | Line 450 | ambHessian(                            /* anisotropic radii & pos. gradient */
450          
451          if (ra != NULL)                 /* extract eigenvectors & radii */
452                  eigenvectors(uv, ra, hessian);
453 <        if (pg != NULL) {               /* project position gradient */
453 >        if (pg != NULL) {               /* tangential position gradient */
454                  pg[0] = DOT(gradient, uv[0]);
455                  pg[1] = DOT(gradient, uv[1]);
456          }
# Line 464 | Line 462 | static void
462   ambdirgrad(AMBHEMI *hp, FVECT uv[2], float dg[2])
463   {
464          struct s_ambsamp        *ap;
465 +        double                  dgsum[2];
466          int                     n;
467 +        FVECT                   vd;
468 +        double                  gfact;
469  
470 <        dg[0] = dg[1] = 0;
470 >        dgsum[0] = dgsum[1] = 0.0;      /* sum values times -tan(theta) */
471          for (ap = hp->sa, n = hp->ns*hp->ns; n--; ap++) {
471 –                FVECT   vd;
472 –                double  gfact;
472                                          /* use vector for azimuth + 90deg */
473                  VSUB(vd, ap->p, hp->rp->rop);
474 <                                        /* brightness with tangent factor */
475 <                gfact = ap->v[CIEY] / DOT(hp->rp->ron, vd);
476 <                                        /* sine = proj_radius/vd_length */
477 <                dg[0] -= DOT(uv[1], vd) * gfact ;
478 <                dg[1] += DOT(uv[0], vd) * gfact;
474 >                                        /* brightness over cosine factor */
475 >                gfact = colval(ap->v,CIEY) / DOT(hp->rp->ron, vd);
476 >                                        /* -sine = -proj_radius/vd_length */
477 >                dgsum[0] += DOT(uv[1], vd) * gfact;
478 >                dgsum[1] -= DOT(uv[0], vd) * gfact;
479          }
480 +        dg[0] = dgsum[0] / (hp->ns*hp->ns);
481 +        dg[1] = dgsum[1] / (hp->ns*hp->ns);
482   }
483  
484  
# Line 492 | Line 493 | doambient(                             /* compute ambient component */
493          float   dg[2]                   /* returned (optional) */
494   )
495   {
496 +        AMBHEMI                 *hp = inithemi(rcol, r, wt);
497          int                     cnt = 0;
498          FVECT                   my_uv[2];
497 –        AMBHEMI                 *hp;
499          double                  d, acol[3];
500          struct s_ambsamp        *ap;
501          int                     i, j;
502 <                                        /* initialize */
503 <        if ((hp = inithemi(rcol, r, wt)) == NULL)
502 >                                        /* check/initialize */
503 >        if (hp == NULL)
504                  return(0);
505          if (uv != NULL)
506                  memset(uv, 0, sizeof(FVECT)*2);
# Line 513 | Line 514 | doambient(                             /* compute ambient component */
514          acol[0] = acol[1] = acol[2] = 0.0;
515          for (i = hp->ns; i--; )
516                  for (j = hp->ns; j--; )
517 <                        if (ambsample(hp, i, j)) {
517 <                                ap = &ambsamp(hp,i,j);
517 >                        if ((ap = ambsample(hp, i, j)) != NULL) {
518                                  addcolor(acol, ap->v);
519                                  ++cnt;
520                          }
# Line 523 | Line 523 | doambient(                             /* compute ambient component */
523                  free(hp);
524                  return(0);              /* no valid samples */
525          }
526 <        d = 1.0 / cnt;                  /* final indirect irradiance/PI */
527 <        acol[0] *= d; acol[1] *= d; acol[2] *= d;
528 <        copycolor(rcol, acol);
526 >        copycolor(rcol, acol);          /* final indirect irradiance/PI */
527          if (cnt < hp->ns*hp->ns ||      /* incomplete sampling? */
528                          (ra == NULL) & (pg == NULL) & (dg == NULL)) {
529                  free(hp);
530                  return(-1);             /* no radius or gradient calc. */
531          }
532 <        d = 0.01 * bright(rcol);        /* add in 1% before Hessian comp. */
533 <        if (d < FTINY) d = FTINY;
534 <        ap = hp->sa;                    /* using Y channel from here on... */
532 >        if (bright(acol) > FTINY)       /* normalize Y values */
533 >                d = cnt/bright(acol);
534 >        else
535 >                d = 0.0;
536 >        ap = hp->sa;                    /* relative Y channel from here on... */
537          for (i = hp->ns*hp->ns; i--; ap++)
538 <                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v) + d;
538 >                colval(ap->v,CIEY) = bright(ap->v)*d + 0.01;
539  
540          if (uv == NULL)                 /* make sure we have axis pointers */
541                  uv = my_uv;
542                                          /* compute radii & pos. gradient */
543          ambHessian(hp, uv, ra, pg);
544 +
545          if (dg != NULL)                 /* compute direction gradient */
546                  ambdirgrad(hp, uv, dg);
547 <        if (ra != NULL) {               /* adjust/clamp radii */
548 <                d = sqrt(sqrt((4.0/PI)*bright(rcol)/wt));
549 <                if ((ra[0] *= d) > maxarad)
550 <                        ra[0] = maxarad;
547 >
548 >        if (ra != NULL) {               /* scale/clamp radii */
549 >                if (pg != NULL) {
550 >                        if (ra[0]*(d = fabs(pg[0])) > 1.0)
551 >                                ra[0] = 1.0/d;
552 >                        if (ra[1]*(d = fabs(pg[1])) > 1.0)
553 >                                ra[1] = 1.0/d;
554 >                        if (ra[0] > ra[1])
555 >                                ra[0] = ra[1];
556 >                }
557 >                if (ra[0] < minarad) {
558 >                        ra[0] = minarad;
559 >                        if (ra[1] < minarad)
560 >                                ra[1] = minarad;
561 >                }
562 >                ra[0] *= d = 1.0/sqrt(sqrt(wt));
563                  if ((ra[1] *= d) > 2.0*ra[0])
564                          ra[1] = 2.0*ra[0];
565 +                if (ra[1] > maxarad) {
566 +                        ra[1] = maxarad;
567 +                        if (ra[0] > maxarad)
568 +                                ra[0] = maxarad;
569 +                }
570 +                if (pg != NULL) {       /* cap gradient if necessary */
571 +                        d = pg[0]*pg[0]*ra[0]*ra[0] + pg[1]*pg[1]*ra[1]*ra[1];
572 +                        if (d > 1.0) {
573 +                                d = 1.0/sqrt(d);
574 +                                pg[0] *= d;
575 +                                pg[1] *= d;
576 +                        }
577 +                }
578          }
579          free(hp);                       /* clean up and return */
580          return(1);

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