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

Comparing ray/src/rt/ambient.c (file contents):
Revision 2.20 by greg, Thu Aug 5 10:02:00 1993 UTC vs.
Revision 2.33 by greg, Tue Oct 24 13:33:23 1995 UTC

# Line 1 | Line 1
1 < /* Copyright (c) 1993 Regents of the University of California */
1 > /* Copyright (c) 1995 Regents of the University of California */
2  
3   #ifndef lint
4   static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
# Line 18 | Line 18 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
18  
19   #include  "random.h"
20  
21 < #define  OCTSCALE       0.5     /* ceil((valid rad.)/(cube size)) */
21 > #ifndef  OCTSCALE
22 > #define  OCTSCALE       1.0     /* ceil((valid rad.)/(cube size)) */
23 > #endif
24 > #ifndef  AMBVWT
25 > #define  AMBVWT         250     /* relative ambient value weight (# calcs) */
26 > #endif
27  
28   typedef struct ambtree {
29          AMBVAL  *alist;         /* ambient value list */
# Line 27 | Line 32 | typedef struct ambtree {
32  
33   extern CUBE  thescene;          /* contains space boundaries */
34  
35 + extern char  *shm_boundary;     /* memory sharing boundary */
36 +
37   #define  MAXASET        511     /* maximum number of elements in ambient set */
38   OBJECT  ambset[MAXASET+1]={0};  /* ambient include/exclude set */
39  
# Line 38 | Line 45 | static AMBTREE atrunk;         /* our ambient trunk node */
45   static FILE  *ambfp = NULL;     /* ambient file pointer */
46   static int  nunflshed = 0;      /* number of unflushed ambient values */
47  
48 + #ifndef SORT_THRESH
49 + #ifdef BIGMEM
50 + #define SORT_THRESH     ((9L<<20)/sizeof(AMBVAL))
51 + #else
52 + #define SORT_THRESH     ((3L<<20)/sizeof(AMBVAL))
53 + #endif
54 + #endif
55 + #ifndef SORT_INTVL
56 + #define SORT_INTVL      (SORT_THRESH*256)
57 + #endif
58 + #ifndef MAX_SORT_INTVL
59 + #define MAX_SORT_INTVL  (SORT_INTVL<<4)
60 + #endif
61 +
62 + static COLOR  avsum = BLKCOLOR;         /* computed ambient value sum */
63 + static unsigned int  nambvals = 0;      /* number of computed ambient values */
64 + static unsigned long  ambclock = 0;     /* ambient access clock */
65 + static unsigned long  lastsort = 0;     /* time of last value sort */
66 + static long  sortintvl = SORT_INTVL;    /* time until next sort */
67 +
68 + #define MAXACLOCK       (1L<<30)        /* clock turnover value */
69 +        /*
70 +         * Track access times unless we are sharing ambient values
71 +         * through memory on a multiprocessor, when we want to avoid
72 +         * claiming our own memory (copy on write).
73 +         */
74 + #define tracktime       (shm_boundary == NULL || ambfp == NULL)
75 +
76   #define  AMBFLUSH       (BUFSIZ/AMBVALSIZ)
77  
78   #define  newambval()    (AMBVAL *)bmalloc(sizeof(AMBVAL))
79  
45 – #define  newambtree()   (AMBTREE *)calloc(8, sizeof(AMBTREE))
46 – #define  freeambtree(t) free((char *)(t))
47 –
80   extern long  ftell(), lseek();
81 < static int  initambfile(), avsave(), avinsert(), loadtree();
81 > static int  initambfile(), avsave(), avinsert(), sortambvals();
82   static AMBVAL  *avstore();
83   #ifdef  F_SETLKW
84   static  aflock();
# Line 56 | Line 88 | static  aflock();
88   setambres(ar)                           /* set ambient resolution */
89   int  ar;
90   {
91 <        ambres = ar;                    /* may be done already */
91 >        ambres = ar < 0 ? 0 : ar;               /* may be done already */
92                                                  /* set min & max radii */
93          if (ar <= 0) {
94 <                minarad = 0.0;
94 >                minarad = 0;
95                  maxarad = thescene.cusize / 2.0;
96          } else {
97                  minarad = thescene.cusize / ar;
98 <                maxarad = 16.0 * minarad;               /* heuristic */
98 >                maxarad = 64 * minarad;                 /* heuristic */
99                  if (maxarad > thescene.cusize / 2.0)
100                          maxarad = thescene.cusize / 2.0;
101          }
102 <        if (maxarad <= FTINY)
103 <                maxarad = .001;
102 >        if (minarad <= FTINY)
103 >                minarad = 10*FTINY;
104 >        if (maxarad <= minarad)
105 >                maxarad = 64 * minarad;
106   }
107  
108  
109 < resetambacc(newa)                       /* change ambient accuracy setting */
109 > setambacc(newa)                         /* set ambient accuracy */
110   double  newa;
111   {
112 <        AMBTREE  oldatrunk;
112 >        double  ambdiff;
113  
114 <        if (fabs(newa - ambacc) < 0.01)
115 <                return;                 /* insignificant -- don't bother */
116 <        ambacc = newa;
117 <        if (ambacc <= FTINY)
118 <                return;                 /* cannot build new tree */
85 <                                        /* else need to rebuild tree */
86 <        copystruct(&oldatrunk, &atrunk);
87 <        atrunk.alist = NULL;
88 <        atrunk.kid = NULL;
89 <        loadtree(&oldatrunk);
114 >        if (newa < 0.0)
115 >                newa = 0.0;
116 >        ambdiff = fabs(newa - ambacc);
117 >        if (ambdiff >= .01 && (ambacc = newa) > FTINY && nambvals > 0)
118 >                sortambvals(1);                 /* rebuild tree */
119   }
120  
121  
# Line 97 | Line 126 | char  *afile;
126          AMBVAL  amb;
127                                                  /* init ambient limits */
128          setambres(ambres);
129 +        setambacc(ambacc);
130          if (afile == NULL)
131                  return;
132          if (ambacc <= FTINY) {
133 <                sprintf(errmsg, "zero ambient accuracy so \"%s\" not loaded",
133 >                sprintf(errmsg, "zero ambient accuracy so \"%s\" not opened",
134                                  afile);
135                  error(WARNING, errmsg);
136                  return;
# Line 110 | Line 140 | char  *afile;
140                  initambfile(0);
141                  headlen = ftell(ambfp);
142                  while (readambval(&amb, ambfp))
143 <                        avinsert(avstore(&amb), &atrunk,
114 <                                        thescene.cuorg, thescene.cusize);
143 >                        avinsert(avstore(&amb));
144                                                  /* align */
145                  fseek(ambfp, -((ftell(ambfp)-headlen)%AMBVALSIZ), 1);
146          } else if ((ambfp = fopen(afile, "w+")) != NULL)
# Line 168 | Line 197 | register RAY  *r;
197                  rdepth++;
198                  d = doambient(acol, r, r->rweight, NULL, NULL);
199                  rdepth--;
200 <                if (d == 0.0)
200 >                if (d <= FTINY)
201                          goto dumbamb;
202                  return;
203          }
204 +                                                /* resort memory? */
205 +        sortambvals(0);
206                                                  /* get ambient value */
207          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
208          d = sumambient(acol, r, rdepth,
209                          &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
210 <        if (d > FTINY)
210 >        if (d > FTINY) {
211                  scalecolor(acol, 1.0/d);
212 <        else {
182 <                d = makeambient(acol, r, rdepth++);
183 <                rdepth--;
212 >                return;
213          }
214 +        rdepth++;                               /* need to cache new value */
215 +        d = makeambient(acol, r, rdepth-1);
216 +        rdepth--;
217          if (d > FTINY)
218                  return;
219   dumbamb:                                        /* return global value */
220          copycolor(acol, ambval);
221 + #if  AMBVWT
222 +        if (nambvals == 0)
223 +                return;
224 +        scalecolor(acol, (double)AMBVWT);
225 +        addcolor(acol, avsum);                  /* average in computations */
226 +        d = 1.0/(AMBVWT+nambvals);
227 +        scalecolor(acol, d);
228 + #endif
229   }
230  
231  
# Line 204 | Line 244 | double s;
244          int  i;
245          register int  j;
246          register AMBVAL  *av;
247 <                                        /* do this node */
247 >
248          wsum = 0.0;
249 +                                        /* do this node */
250          for (av = at->alist; av != NULL; av = av->next) {
251 +                if (tracktime)
252 +                        av->latick = ambclock++;
253                  /*
254                   *  Ambient level test.
255                   */
256 <                if (av->lvl > al || av->weight < r->rweight-FTINY)
256 >                if (av->lvl > al)       /* list sorted, so this works */
257 >                        break;
258 >                if (av->weight < r->rweight-FTINY)
259                          continue;
260                  /*
261                   *  Ambient radius test.
262                   */
263 <                e1 = 0.0;
264 <                for (j = 0; j < 3; j++) {
265 <                        d = av->pos[j] - r->rop[j];
266 <                        e1 += d * d;
267 <                }
263 >                d = av->pos[0] - r->rop[0];
264 >                e1 = d * d;
265 >                d = av->pos[1] - r->rop[1];
266 >                e1 += d * d;
267 >                d = av->pos[2] - r->rop[2];
268 >                e1 += d * d;
269                  e1 /= av->rad * av->rad;
270                  if (e1 > ambacc*ambacc*1.21)
271                          continue;
# Line 243 | Line 289 | double s;
289                   *  Jittering final test reduces image artifacts.
290                   */
291                  wt = sqrt(e1) + sqrt(e2);
292 <                wt *= .9 + .2*urand(9015+samplendx);
247 <                if (wt > ambacc)
292 >                if (wt > ambacc*(.9+.2*urand(9015+samplendx)))
293                          continue;
294                  if (wt <= 1e-3)
295                          wt = 1e3;
# Line 286 | Line 331 | int  al;
331          FVECT   gp, gd;
332                                                  /* compute weight */
333          amb.weight = pow(AVGREFL, (double)al);
334 <        if (r->rweight < 0.2*amb.weight)        /* heuristic */
334 >        if (r->rweight < 0.1*amb.weight)        /* heuristic */
335                  amb.weight = r->rweight;
336                                                  /* compute ambient */
337          amb.rad = doambient(acol, r, amb.weight, gp, gd);
338 <        if (amb.rad == 0.0)
338 >        if (amb.rad <= FTINY)
339                  return(0.0);
340                                                  /* store it */
341          VCOPY(amb.pos, r->rop);
# Line 343 | Line 388 | int  creat;
388   #ifdef MSDOS
389          setmode(fileno(ambfp), O_BINARY);
390   #endif
391 <        setbuf(ambfp, bmalloc(BUFSIZ));
391 >        setbuf(ambfp, bmalloc(BUFSIZ+8));
392          if (creat) {                    /* new file */
393 +                newheader("RADIANCE", ambfp);
394                  fprintf(ambfp, "%s -av %g %g %g -ab %d -aa %g ",
395                                  progname, colval(ambval,RED),
396                                  colval(ambval,GRN), colval(ambval,BLU),
# Line 365 | Line 411 | static
411   avsave(av)                              /* insert and save an ambient value */
412   AMBVAL  *av;
413   {
414 <        avinsert(avstore(av), &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
414 >        avinsert(avstore(av));
415          if (ambfp == NULL)
416                  return;
417          if (writambval(av, ambfp) < 0)
# Line 388 | Line 434 | register AMBVAL  *aval;
434          if ((av = newambval()) == NULL)
435                  error(SYSTEM, "out of memory in avstore");
436          copystruct(av, aval);
437 +        av->latick = ambclock;
438 +        av->next = NULL;
439 +        addcolor(avsum, av->val);       /* add to sum for averaging */
440 +        nambvals++;
441          return(av);
442   }
443  
444  
445 + #define ATALLOCSZ       512             /* #/8 trees to allocate at once */
446 +
447 + static AMBTREE  *atfreelist = NULL;     /* free ambient tree structures */
448 +
449 +
450   static
451 < avinsert(av, at, c0, s)                 /* insert ambient value in a tree */
451 > AMBTREE *
452 > newambtree()                            /* allocate 8 ambient tree structs */
453 > {
454 >        register AMBTREE  *atp, *upperlim;
455 >
456 >        if (atfreelist == NULL) {       /* get more nodes */
457 >                atfreelist = (AMBTREE *)bmalloc(ATALLOCSZ*8*sizeof(AMBTREE));
458 >                if (atfreelist == NULL)
459 >                        return(NULL);
460 >                                        /* link new free list */
461 >                upperlim = atfreelist + 8*(ATALLOCSZ-1);
462 >                for (atp = atfreelist; atp < upperlim; atp += 8)
463 >                        atp->kid = atp + 8;
464 >                atp->kid = NULL;
465 >        }
466 >        atp = atfreelist;
467 >        atfreelist = atp->kid;
468 >        bzero((char *)atp, 8*sizeof(AMBTREE));
469 >        return(atp);
470 > }
471 >
472 >
473 > static
474 > freeambtree(atp)                        /* free 8 ambient tree structs */
475 > AMBTREE  *atp;
476 > {
477 >        atp->kid = atfreelist;
478 >        atfreelist = atp;
479 > }
480 >
481 >
482 > static
483 > avinsert(av)                            /* insert ambient value in our tree */
484   register AMBVAL  *av;
398 – register AMBTREE  *at;
399 – FVECT  c0;
400 – double  s;
485   {
486 +        register AMBTREE  *at;
487 +        register AMBVAL  *ap;
488 +        AMBVAL  avh;
489          FVECT  ck0;
490 +        double  s;
491          int  branch;
492          register int  i;
493  
494          if (av->rad <= FTINY)
495                  error(CONSISTENCY, "zero ambient radius in avinsert");
496 <        VCOPY(ck0, c0);
496 >        at = &atrunk;
497 >        VCOPY(ck0, thescene.cuorg);
498 >        s = thescene.cusize;
499          while (s*(OCTSCALE/2) > av->rad*ambacc) {
500                  if (at->kid == NULL)
501                          if ((at->kid = newambtree()) == NULL)
# Line 419 | Line 509 | double s;
509                          }
510                  at = at->kid + branch;
511          }
512 <        av->next = at->alist;
513 <        at->alist = av;
512 >        avh.next = at->alist;           /* order by increasing level */
513 >        for (ap = &avh; ap->next != NULL; ap = ap->next)
514 >                if (ap->next->lvl >= av->lvl)
515 >                        break;
516 >        av->next = ap->next;
517 >        ap->next = av;
518 >        at->alist = avh.next;
519   }
520  
521  
522   static
523 < loadtree(at)                            /* move tree to main store */
523 > unloadatree(at, f)                      /* unload an ambient value tree */
524   register AMBTREE  *at;
525 + int     (*f)();
526   {
527          register AMBVAL  *av;
528          register int  i;
529                                          /* transfer values at this node */
530          for (av = at->alist; av != NULL; av = at->alist) {
531                  at->alist = av->next;
532 <                avinsert(av, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
532 >                (*f)(av);
533          }
534 +        if (at->kid == NULL)
535 +                return;
536          for (i = 0; i < 8; i++)         /* transfer and free children */
537 <                loadtree(at->kid+i);
537 >                unloadatree(at->kid+i, f);
538          freeambtree(at->kid);
539 +        at->kid = NULL;
540   }
541  
542  
543 + static AMBVAL   **avlist1, **avlist2;   /* ambient value lists for sorting */
544 + static int      i_avlist;               /* index for lists */
545 +
546 +
547 + static
548 + av2list(av)
549 + AMBVAL  *av;
550 + {
551 + #ifdef DEBUG
552 +        if (i_avlist >= nambvals)
553 +                error(CONSISTENCY, "too many ambient values in av2list1");
554 + #endif
555 +        avlist1[i_avlist] = avlist2[i_avlist] = av;
556 +        i_avlist++;
557 + }
558 +
559 +
560 + static int
561 + alatcmp(avp1, avp2)                     /* compare ambient values for MRA */
562 + AMBVAL  **avp1, **avp2;
563 + {
564 +        return((**avp2).latick - (**avp1).latick);
565 + }
566 +
567 +
568 + static int
569 + aposcmp(avp1, avp2)                     /* compare ambient value positions */
570 + AMBVAL  **avp1, **avp2;
571 + {
572 +        return(*avp1 - *avp2);
573 + }
574 +
575 +
576 + #ifdef DEBUG
577 + static int
578 + avlmemi(avaddr)                         /* find list position from address */
579 + AMBVAL  *avaddr;
580 + {
581 +        register AMBVAL  **avlpp;
582 +
583 +        avlpp = (AMBVAL **)bsearch((char *)&avaddr, (char *)avlist2,
584 +                        nambvals, sizeof(AMBVAL *), aposcmp);
585 +        if (avlpp == NULL)
586 +                error(CONSISTENCY, "address not found in avlmemi");
587 +        return(avlpp - avlist2);
588 + }
589 + #else
590 + #define avlmemi(avaddr) ((AMBVAL **)bsearch((char *)&avaddr,(char *)avlist2, \
591 +                                nambvals,sizeof(AMBVAL *),aposcmp) - avlist2)
592 + #endif
593 +
594 +
595 + static
596 + sortambvals(always)                     /* resort ambient values */
597 + int     always;
598 + {
599 +        AMBTREE  oldatrunk;
600 +        AMBVAL  tav, *tap, *pnext;
601 +        register int    i, j;
602 +                                        /* see if it's time yet */
603 +        if (!always && (ambclock < lastsort+sortintvl ||
604 +                        nambvals < SORT_THRESH))
605 +                return;
606 +        /*
607 +         * The idea here is to minimize memory thrashing
608 +         * in VM systems by improving reference locality.
609 +         * We do this by periodically sorting our stored ambient
610 +         * values in memory in order of most recently to least
611 +         * recently accessed.  This ordering was chosen so that new
612 +         * ambient values (which tend to be less important) go into
613 +         * higher memory with the infrequently accessed values.
614 +         *      Since we expect our values to need sorting less
615 +         * frequently as the process continues, we double our
616 +         * waiting interval after each call.
617 +         *      This routine is also called by setambacc() with
618 +         * the "always" parameter set to 1 so that the ambient
619 +         * tree will be rebuilt with the new accuracy parameter.
620 +         */
621 +        if (tracktime) {                /* allocate pointer arrays to sort */
622 +                avlist1 = (AMBVAL **)malloc(nambvals*sizeof(AMBVAL *));
623 +                avlist2 = (AMBVAL **)malloc(nambvals*sizeof(AMBVAL *));
624 +        } else
625 +                avlist1 = avlist2 = NULL;
626 +        if (avlist2 == NULL) {          /* no time tracking -- rebuild tree? */
627 +                if (avlist1 != NULL)
628 +                        free((char *)avlist1);
629 +                if (always) {           /* rebuild without sorting */
630 +                        copystruct(&oldatrunk, &atrunk);
631 +                        atrunk.alist = NULL;
632 +                        atrunk.kid = NULL;
633 +                        unloadatree(&oldatrunk, avinsert);
634 +                }
635 +        } else {                        /* sort memory by last access time */
636 +                /*
637 +                 * Sorting memory is tricky because it isn't contiguous.
638 +                 * We have to sort an array of pointers by MRA and also
639 +                 * by memory position.  We then copy values in "loops"
640 +                 * to minimize memory hits.  Nevertheless, we will visit
641 +                 * everyone at least twice, and this is an expensive process
642 +                 * when we're thrashing, which is when we need to do it.
643 +                 */
644 + #ifdef DEBUG
645 +                sprintf(errmsg, "sorting %u ambient values at ambclock=%lu...",
646 +                                nambvals, ambclock);
647 +                eputs(errmsg);
648 + #endif
649 +                i_avlist = 0;
650 +                unloadatree(&atrunk, av2list);  /* empty current tree */
651 + #ifdef DEBUG
652 +                if (i_avlist < nambvals)
653 +                        error(CONSISTENCY, "missing ambient values in sortambvals");
654 + #endif
655 +                qsort((char *)avlist1, nambvals, sizeof(AMBVAL *), alatcmp);
656 +                qsort((char *)avlist2, nambvals, sizeof(AMBVAL *), aposcmp);
657 +                for (i = 0; i < nambvals; i++) {
658 +                        if (avlist1[i] == NULL)
659 +                                continue;
660 +                        tap = avlist2[i];
661 +                        copystruct(&tav, tap);
662 +                        for (j = i; (pnext = avlist1[j]) != tap;
663 +                                        j = avlmemi(pnext)) {
664 +                                copystruct(avlist2[j], pnext);
665 +                                avinsert(avlist2[j]);
666 +                                avlist1[j] = NULL;
667 +                        }
668 +                        copystruct(avlist2[j], &tav);
669 +                        avinsert(avlist2[j]);
670 +                        avlist1[j] = NULL;
671 +                }
672 +                free((char *)avlist1);
673 +                free((char *)avlist2);
674 +                                                /* compute new sort interval */
675 +                sortintvl = ambclock - lastsort;
676 +                if (sortintvl >= MAX_SORT_INTVL/2)
677 +                        sortintvl = MAX_SORT_INTVL;
678 +                else
679 +                        sortintvl <<= 1;        /* wait twice as long next */
680 + #ifdef DEBUG
681 +                eputs("done\n");
682 + #endif
683 +        }
684 +        if (ambclock >= MAXACLOCK)
685 +                ambclock = MAXACLOCK/2;
686 +        lastsort = ambclock;
687 + }
688 +
689 +
690   #ifdef  F_SETLKW
691  
692   static
# Line 472 | Line 718 | ambsync()                      /* synchronize ambient file */
718          aflock(F_WRLCK);
719                                  /* see if file has grown */
720          if ((flen = lseek(fileno(ambfp), 0L, 2)) < 0)
721 <                error(SYSTEM, "cannot seek on ambient file");
721 >                goto seekerr;
722          if (n = flen - lastpos) {               /* file has grown */
723                  if (ambinp == NULL) {           /* use duplicate filedes */
724                          ambinp = fdopen(dup(fileno(ambfp)), "r");
# Line 480 | Line 726 | ambsync()                      /* synchronize ambient file */
726                                  error(SYSTEM, "fdopen failed in ambsync");
727                  }
728                  if (fseek(ambinp, lastpos, 0) < 0)
729 <                        error(SYSTEM, "fseek failed in ambsync");
729 >                        goto seekerr;
730                  while (n >= AMBVALSIZ) {        /* load contributed values */
731                          readambval(&avs, ambinp);
732 <                        avinsert(avstore(&avs), &atrunk,
487 <                                        thescene.cuorg, thescene.cusize);
732 >                        avinsert(avstore(&avs));
733                          n -= AMBVALSIZ;
734                  }
735 <                if (n)                          /* alignment */
736 <                        lseek(fileno(ambfp), flen-n, 0);
735 >                /*** seek always as safety measure
736 >                if (n) ***/                     /* alignment */
737 >                        if (lseek(fileno(ambfp), flen-n, 0) < 0)
738 >                                goto seekerr;
739          }
740 + #ifdef  DEBUG
741 +        if (ambfp->_ptr - ambfp->_base != nunflshed*AMBVALSIZ) {
742 +                sprintf(errmsg, "ambient file buffer at %d rather than %d",
743 +                                ambfp->_ptr - ambfp->_base,
744 +                                nunflshed*AMBVALSIZ);
745 +                error(CONSISTENCY, errmsg);
746 +        }
747 + #endif
748   syncend:
749          n = fflush(ambfp);                      /* calls write() at last */
750 <        lastpos = lseek(fileno(ambfp), 0L, 1);
750 >        if ((lastpos = lseek(fileno(ambfp), 0L, 1)) < 0)
751 >                goto seekerr;
752          aflock(F_UNLCK);                        /* release file */
753          nunflshed = 0;
754          return(n);
755 + seekerr:
756 +        error(SYSTEM, "seek failed in ambsync");
757   }
758  
759   #else

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