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

Comparing ray/src/rt/ambient.c (file contents):
Revision 1.3 by greg, Fri May 26 17:58:01 1989 UTC vs.
Revision 2.5 by greg, Mon Jul 13 16:17:49 1992 UTC

# Line 1 | Line 1
1 < /* Copyright (c) 1986 Regents of the University of California */
1 > /* Copyright (c) 1991 Regents of the University of California */
2  
3   #ifndef lint
4   static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
# Line 17 | Line 17 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
17  
18   #include  "octree.h"
19  
20 + #include  "otypes.h"
21 +
22 + #include  "ambient.h"
23 +
24   #include  "random.h"
25  
26   #define  OCTSCALE       0.5     /* ceil((valid rad.)/(cube size)) */
27  
24 – extern CUBE  thescene;          /* contains space boundaries */
25 –
26 – extern COLOR  ambval;           /* global ambient component */
27 – extern double  ambacc;          /* ambient accuracy */
28 – extern int  ambres;             /* ambient resolution */
29 – extern int  ambdiv;             /* number of divisions for calculation */
30 – extern int  ambssamp;           /* number of super-samples */
31 – extern int  ambounce;           /* number of ambient bounces */
32 – extern char  *amblist[];        /* ambient include/exclude list */
33 – extern int  ambincl;            /* include == 1, exclude == 0 */
34 –
35 – OBJECT  ambset[128];            /* ambient include/exclude set */
36 –
37 – double  maxarad;                /* maximum ambient radius */
38 – double  minarad;                /* minimum ambient radius */
39 –
40 – typedef struct ambval {
41 –        FVECT  pos;             /* position in space */
42 –        FVECT  dir;             /* normal direction */
43 –        int  lvl;               /* recursion level of parent ray */
44 –        float  weight;          /* weight of parent ray */
45 –        COLOR  val;             /* computed ambient value */
46 –        float  rad;             /* validity radius */
47 –        struct ambval  *next;   /* next in list */
48 – }  AMBVAL;                      /* ambient value */
49 –
28   typedef struct ambtree {
29          AMBVAL  *alist;         /* ambient value list */
30          struct ambtree  *kid;   /* 8 child nodes */
31   }  AMBTREE;                     /* ambient octree */
32  
33 < typedef struct {
56 <        float  k;               /* error contribution per sample */
57 <        COLOR  v;               /* ray sum */
58 <        int  n;                 /* number of samples */
59 <        short  t, p;            /* theta, phi indices */
60 < }  AMBSAMP;                     /* ambient sample */
33 > extern CUBE  thescene;          /* contains space boundaries */
34  
35 + #define  MAXASET        511     /* maximum number of elements in ambient set */
36 + OBJECT  ambset[MAXASET+1]={0};  /* ambient include/exclude set */
37 +
38 + double  maxarad;                /* maximum ambient radius */
39 + double  minarad;                /* minimum ambient radius */
40 +
41   static AMBTREE  atrunk;         /* our ambient trunk node */
42  
43   static FILE  *ambfp = NULL;     /* ambient file pointer */
# Line 67 | Line 46 | static FILE  *ambfp = NULL;    /* ambient file pointer */
46  
47   #define  newambtree()   (AMBTREE *)calloc(8, sizeof(AMBTREE))
48  
70 – double  sumambient(), doambient(), makeambient();
49  
50 + setambres(ar)                           /* set ambient resolution */
51 + int  ar;
52 + {
53 +                                                /* set min & max radii */
54 +        if (ar <= 0) {
55 +                minarad = 0.0;
56 +                maxarad = thescene.cusize / 2.0;
57 +        } else {
58 +                minarad = thescene.cusize / ar;
59 +                maxarad = 16.0 * minarad;               /* heuristic */
60 +                if (maxarad > thescene.cusize / 2.0)
61 +                        maxarad = thescene.cusize / 2.0;
62 +        }
63 +        if (maxarad <= FTINY)
64 +                maxarad = .001;
65 + }
66  
67 +
68   setambient(afile)                       /* initialize calculation */
69   char  *afile;
70   {
71          long  ftell();
77 –        char  **amblp;
78 –        OBJECT  obj;
72          AMBVAL  amb;
73 <                                        /* set up ambient set */
74 <        ambset[0] = 0;
75 <        for (amblp = amblist; *amblp != NULL; amblp++) {
83 <                if ((obj = modifier(*amblp)) == OVOID) {
84 <                        sprintf(errmsg, "unknown %s modifier \"%s\"",
85 <                                ambincl ? "include" : "exclude", *amblp);
86 <                        error(WARNING, errmsg);
87 <                        continue;
88 <                }
89 <                if (!inset(ambset, obj))
90 <                        insertelem(ambset, obj);
91 <        }
92 <        maxarad = thescene.cusize / 2.0;                /* maximum radius */
93 <                                                        /* minimum radius */
94 <        minarad = ambres > 0 ? thescene.cusize/ambres : 0.0;
95 <
96 <                                        /* open ambient file */
73 >                                                /* init ambient limits */
74 >        setambres(ambres);
75 >                                                /* open ambient file */
76          if (afile != NULL)
77                  if ((ambfp = fopen(afile, "r+")) != NULL) {
78 <                        while (fread(&amb, sizeof(AMBVAL), 1, ambfp) == 1)
78 >                        while (readambval(&amb, ambfp))
79                                  avinsert(&amb, &atrunk, thescene.cuorg,
80                                                  thescene.cusize);
81                                                          /* align */
82 <                        fseek(ambfp, -(ftell(ambfp)%sizeof(AMBVAL)), 1);
82 >                        fseek(ambfp, -(ftell(ambfp)%AMBVALSIZ), 1);
83                  } else if ((ambfp = fopen(afile, "w")) == NULL) {
84                          sprintf(errmsg, "cannot open ambient file \"%s\"",
85                                          afile);
# Line 109 | Line 88 | char  *afile;
88   }
89  
90  
91 + ambnotify(obj)                  /* record new modifier */
92 + OBJECT  obj;
93 + {
94 +        static int  hitlimit = 0;
95 +        register OBJREC  *o = objptr(obj);
96 +        register char  **amblp;
97 +
98 +        if (hitlimit || !ismodifier(o->otype))
99 +                return;
100 +        for (amblp = amblist; *amblp != NULL; amblp++)
101 +                if (!strcmp(o->oname, *amblp)) {
102 +                        if (ambset[0] >= MAXASET) {
103 +                                error(WARNING, "too many modifiers in ambient list");
104 +                                hitlimit++;
105 +                                return;         /* should this be fatal? */
106 +                        }
107 +                        insertelem(ambset, obj);
108 +                        return;
109 +                }
110 + }
111 +
112 +
113   ambient(acol, r)                /* compute ambient component for ray */
114   COLOR  acol;
115   register RAY  *r;
116   {
117          static int  rdepth = 0;                 /* ambient recursion */
118 <        double  wsum;
118 >        double  d;
119  
119 –        rdepth++;                               /* increment level */
120 –
120          if (ambdiv <= 0)                        /* no ambient calculation */
121                  goto dumbamb;
122                                                  /* check number of bounces */
123 <        if (rdepth > ambounce)
123 >        if (rdepth >= ambounce)
124                  goto dumbamb;
125                                                  /* check ambient list */
126          if (ambincl != -1 && r->ro != NULL &&
# Line 129 | Line 128 | register RAY  *r;
128                  goto dumbamb;
129  
130          if (ambacc <= FTINY) {                  /* no ambient storage */
131 <                if (doambient(acol, r) == 0.0)
131 >                rdepth++;
132 >                d = doambient(acol, r, r->rweight, NULL, NULL);
133 >                rdepth--;
134 >                if (d == 0.0)
135                          goto dumbamb;
136 <                goto done;
136 >                return;
137          }
138                                                  /* get ambient value */
139          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
140 <        wsum = sumambient(acol, r, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
141 <        if (wsum > FTINY)
142 <                scalecolor(acol, 1.0/wsum);
143 <        else if (makeambient(acol, r) == 0.0)
144 <                goto dumbamb;
145 <        goto done;
146 <
140 >        d = sumambient(acol, r, rdepth,
141 >                        &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
142 >        if (d > FTINY)
143 >                scalecolor(acol, 1.0/d);
144 >        else {
145 >                d = makeambient(acol, r, rdepth++);
146 >                rdepth--;
147 >        }
148 >        if (d > FTINY)
149 >                return;
150   dumbamb:                                        /* return global value */
151          copycolor(acol, ambval);
147 – done:                                           /* must finish here! */
148 –        rdepth--;
152   }
153  
154  
155   double
156 < sumambient(acol, r, at, c0, s)          /* get interpolated ambient value */
156 > sumambient(acol, r, al, at, c0, s)      /* get interpolated ambient value */
157   COLOR  acol;
158   register RAY  *r;
159 + int  al;
160   AMBTREE  *at;
161   FVECT  c0;
162   double  s;
# Line 168 | Line 172 | double  s;
172          wsum = 0.0;
173          for (av = at->alist; av != NULL; av = av->next) {
174                  /*
175 <                 *  Ray strength test.
175 >                 *  Ambient level test.
176                   */
177 <                if (av->lvl > r->rlvl || av->weight < r->rweight-FTINY)
177 >                if (av->lvl > al || av->weight < r->rweight-FTINY)
178                          continue;
179                  /*
180                   *  Ambient radius test.
# Line 197 | Line 201 | double  s;
201                  for (j = 0; j < 3; j++)
202                          d += (r->rop[j] - av->pos[j]) *
203                                          (av->dir[j] + r->ron[j]);
204 <                if (d < -minarad)
204 >                if (d*0.5 < -minarad*ambacc-.001)
205                          continue;
206                  /*
207                   *  Jittering final test reduces image artifacts.
208                   */
209                  wt = sqrt(e1) + sqrt(e2);
210 <                if (wt > ambacc*(0.9 + 0.2*frandom()))
210 >                wt *= .9 + .2*urand(9015+samplendx);
211 >                if (wt > ambacc)
212                          continue;
213                  if (wt <= 1e-3)
214                          wt = 1e3;
215                  else
216                          wt = 1.0 / wt;
217                  wsum += wt;
218 <                copycolor(ct, av->val);
218 >                extambient(ct, av, r->rop, r->ron);
219                  scalecolor(ct, wt);
220                  addcolor(acol, ct);
221          }
# Line 229 | Line 234 | double  s;
234                                  break;
235                  }
236                  if (j == 3)
237 <                        wsum += sumambient(acol, r, at->kid+i, ck0, s);
237 >                        wsum += sumambient(acol, r, al, at->kid+i, ck0, s);
238          }
239          return(wsum);
240   }
241  
242  
243   double
244 < makeambient(acol, r)            /* make a new ambient value */
244 > makeambient(acol, r, al)        /* make a new ambient value */
245   COLOR  acol;
246   register RAY  *r;
247 + int  al;
248   {
249          AMBVAL  amb;
250 <
251 <        amb.rad = doambient(acol, r);           /* compute ambient */
250 >        FVECT   gp, gd;
251 >                                                /* compute weight */
252 >        amb.weight = pow(AVGREFL, (double)al);
253 >        if (r->rweight < 0.2*amb.weight)        /* heuristic */
254 >                amb.weight = r->rweight;
255 >                                                /* compute ambient */
256 >        amb.rad = doambient(acol, r, amb.weight, gp, gd);
257          if (amb.rad == 0.0)
258                  return(0.0);
259                                                  /* store it */
260          VCOPY(amb.pos, r->rop);
261          VCOPY(amb.dir, r->ron);
262 <        amb.lvl = r->rlvl;
252 <        amb.weight = r->rweight;
262 >        amb.lvl = al;
263          copycolor(amb.val, acol);
264 +        VCOPY(amb.gpos, gp);
265 +        VCOPY(amb.gdir, gd);
266                                                  /* insert into tree */
267          avinsert(&amb, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
268          avsave(&amb);                           /* write to file */
# Line 258 | Line 270 | register RAY  *r;
270   }
271  
272  
273 < double
274 < doambient(acol, r)                      /* compute ambient component */
275 < COLOR  acol;
276 < register RAY  *r;
273 > extambient(cr, ap, pv, nv)              /* extrapolate value at pv, nv */
274 > COLOR  cr;
275 > register AMBVAL  *ap;
276 > FVECT  pv, nv;
277   {
278 <        extern int  ambcmp();
279 <        extern double  sin(), cos(), sqrt();
280 <        double  phi, xd, yd, zd;
269 <        double  b, b2;
270 <        register AMBSAMP  *div;
271 <        AMBSAMP  dnew;
272 <        RAY  ar;
273 <        FVECT  ux, uy;
274 <        double  arad;
275 <        int  ndivs, nt, np, ns, ne, i, j;
276 <        register int  k;
278 >        FVECT  v1, v2;
279 >        register int  i;
280 >        double  d;
281  
282 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
283 <                                        /* set number of divisions */
284 <        nt = sqrt(ambdiv * r->rweight * 0.5) + 0.5;
285 <        np = 2 * nt;
286 <        ndivs = nt * np;
287 <                                        /* check first */
288 <        if (ndivs == 0 || rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
289 <                return(0.0);
290 <                                        /* set number of super-samples */
291 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
292 <        if (ns > 0) {
289 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
290 <                if (div == NULL)
291 <                        error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
282 >        d = 1.0;                        /* zeroeth order */
283 >                                        /* gradient due to translation */
284 >        for (i = 0; i < 3; i++)
285 >                d += ap->gpos[i]*(pv[i]-ap->pos[i]);
286 >                                        /* gradient due to rotation */
287 >        VCOPY(v1, ap->dir);
288 >        fcross(v2, v1, nv);
289 >        d += DOT(ap->gdir, v2);
290 >        if (d <= 0.0) {
291 >                setcolor(cr, 0.0, 0.0, 0.0);
292 >                return;
293          }
294 <                                        /* make axes */
295 <        uy[0] = uy[1] = uy[2] = 0.0;
295 <        for (k = 0; k < 3; k++)
296 <                if (r->ron[k] < 0.6 && r->ron[k] > -0.6)
297 <                        break;
298 <        uy[k] = 1.0;
299 <        fcross(ux, r->ron, uy);
300 <        normalize(ux);
301 <        fcross(uy, ux, r->ron);
302 <                                                /* sample divisions */
303 <        arad = 0.0;
304 <        ne = 0;
305 <        for (i = 0; i < nt; i++)
306 <                for (j = 0; j < np; j++) {
307 <                        rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5);        /* pretested */
308 <                        zd = sqrt((i+frandom())/nt);
309 <                        phi = 2.0*PI * (j+frandom())/np;
310 <                        xd = cos(phi) * zd;
311 <                        yd = sin(phi) * zd;
312 <                        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
313 <                        for (k = 0; k < 3; k++)
314 <                                ar.rdir[k] = xd*ux[k]+yd*uy[k]+zd*r->ron[k];
315 <                        rayvalue(&ar);
316 <                        if (ar.rot < FHUGE)
317 <                                arad += 1.0 / ar.rot;
318 <                        if (ns > 0) {                   /* save division */
319 <                                div[ne].k = 0.0;
320 <                                copycolor(div[ne].v, ar.rcol);
321 <                                div[ne].n = 0;
322 <                                div[ne].t = i; div[ne].p = j;
323 <                                                        /* sum errors */
324 <                                b = bright(ar.rcol);
325 <                                if (i > 0) {            /* from above */
326 <                                        b2 = bright(div[ne-np].v) - b;
327 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
328 <                                        div[ne].k += b2;
329 <                                        div[ne].n++;
330 <                                        div[ne-np].k += b2;
331 <                                        div[ne-np].n++;
332 <                                }
333 <                                if (j > 0) {            /* from behind */
334 <                                        b2 = bright(div[ne-1].v) - b;
335 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
336 <                                        div[ne].k += b2;
337 <                                        div[ne].n++;
338 <                                        div[ne-1].k += b2;
339 <                                        div[ne-1].n++;
340 <                                }
341 <                                if (j == np-1) {        /* around */
342 <                                        b2 = bright(div[ne-(np-1)].v) - b;
343 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
344 <                                        div[ne].k += b2;
345 <                                        div[ne].n++;
346 <                                        div[ne-(np-1)].k += b2;
347 <                                        div[ne-(np-1)].n++;
348 <                                }
349 <                                ne++;
350 <                        } else
351 <                                addcolor(acol, ar.rcol);
352 <                }
353 <        for (k = 0; k < ne; k++) {              /* compute errors */
354 <                if (div[k].n > 1)
355 <                        div[k].k /= div[k].n;
356 <                div[k].n = 1;
357 <        }
358 <                                                /* sort the divisions */
359 <        qsort(div, ne, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);
360 <                                                /* skim excess */
361 <        while (ne > ns) {
362 <                ne--;
363 <                addcolor(acol, div[ne].v);
364 <        }
365 <                                                /* super-sample */
366 <        for (i = ns; i > 0; i--) {
367 <                rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5);        /* pretested */
368 <                zd = sqrt((div[0].t+frandom())/nt);
369 <                phi = 2.0*PI * (div[0].p+frandom())/np;
370 <                xd = cos(phi) * zd;
371 <                yd = sin(phi) * zd;
372 <                zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
373 <                for (k = 0; k < 3; k++)
374 <                        ar.rdir[k] = xd*ux[k]+yd*uy[k]+zd*r->ron[k];
375 <                rayvalue(&ar);
376 <                if (ar.rot < FHUGE)
377 <                        arad += 1.0 / ar.rot;
378 <                                                /* recompute error */
379 <                copycolor(dnew.v, div[0].v);
380 <                addcolor(dnew.v, ar.rcol);
381 <                dnew.n = div[0].n + 1;
382 <                dnew.t = div[0].t; dnew.p = div[0].p;
383 <                b2 = bright(dnew.v)/dnew.n - bright(ar.rcol);
384 <                b2 = b2*b2 + div[0].k*(div[0].n*div[0].n);
385 <                dnew.k = b2/(dnew.n*dnew.n);
386 <                                                /* reinsert */
387 <                for (k = 0; k < ne-1 && dnew.k < div[k+1].k; k++)
388 <                        bcopy(&div[k+1], &div[k], sizeof(AMBSAMP));
389 <                bcopy(&dnew, &div[k], sizeof(AMBSAMP));
390 <
391 <                if (ne >= i) {          /* extract darkest division */
392 <                        ne--;
393 <                        if (div[ne].n > 1)
394 <                                scalecolor(div[ne].v, 1.0/div[ne].n);
395 <                        addcolor(acol, div[ne].v);
396 <                }
397 <        }
398 <        scalecolor(acol, 1.0/ndivs);
399 <        if (arad <= FTINY)
400 <                arad = FHUGE;
401 <        else
402 <                arad = (ndivs+ns) / arad / sqrt(r->rweight);
403 <        if (arad > maxarad)
404 <                arad = maxarad;
405 <        else if (arad < minarad)
406 <                arad = minarad;
407 <        if (ns > 0)
408 <                free((char *)div);
409 <        return(arad);
294 >        copycolor(cr, ap->val);
295 >        scalecolor(cr, d);
296   }
297  
298  
413 – static int
414 – ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
415 – AMBSAMP  *d1, *d2;
416 – {
417 –        if (d1->k < d2->k)
418 –                return(1);
419 –        if (d1->k > d2->k)
420 –                return(-1);
421 –        return(0);
422 – }
423 –
424 –
299   static
300   avsave(av)                              /* save an ambient value */
301   AMBVAL  *av;
# Line 431 | Line 305 | AMBVAL  *av;
305   #endif
306          if (ambfp == NULL)
307                  return;
308 <        if (fwrite(av, sizeof(AMBVAL), 1, ambfp) != 1)
308 >        if (writambval(av, ambfp) < 0)
309                  goto writerr;
310   #ifdef  AMBFLUSH
311          if (++nunflshed >= AMBFLUSH) {
# Line 460 | Line 334 | double  s;
334  
335          if ((av = newambval()) == NULL)
336                  goto memerr;
337 <        bcopy(aval, av, sizeof(AMBVAL));
337 >        copystruct(av, aval);
338          VCOPY(ck0, c0);
339          while (s*(OCTSCALE/2) > av->rad*ambacc) {
340                  if (at->kid == NULL)

Diff Legend

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