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

Comparing ray/src/rt/ambient.c (file contents):
Revision 2.22 by greg, Fri Aug 6 17:24:24 1993 UTC vs.
Revision 2.34 by greg, Mon Nov 6 12:03:13 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(), loadatree();
81 > static int  initambfile(), avsave(), avinsert(), sortambvals();
82   static AMBVAL  *avstore();
83   #ifdef  F_SETLKW
84   static  aflock();
# Line 59 | Line 91 | int  ar;
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   setambacc(newa)                         /* set ambient accuracy */
110   double  newa;
111   {
112 <        static double  oldambacc = -1.0;
79 <        AMBTREE  oldatrunk;
112 >        double  ambdiff;
113  
114 <        ambacc = newa < 0.0 ? 0.0 : newa;       /* may be done already */
115 <        if (oldambacc < -FTINY)
116 <                oldambacc = ambacc;     /* do nothing first call */
117 <        if (fabs(newa - oldambacc) < 0.01)
118 <                return;                 /* insignificant -- don't bother */
86 <        if (ambacc <= FTINY)
87 <                return;                 /* cannot build new tree */
88 <                                        /* else need to rebuild tree */
89 <        copystruct(&oldatrunk, &atrunk);
90 <        atrunk.alist = NULL;
91 <        atrunk.kid = NULL;
92 <        loadatree(&oldatrunk);
93 <        oldambacc = ambacc;             /* remeber setting for next call */
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 151 | Line 176 | OBJECT obj;
176   }
177  
178  
179 < ambient(acol, r)                /* compute ambient component for ray */
179 > ambient(acol, r, nrm)           /* compute ambient component for ray */
180   COLOR  acol;
181   register RAY  *r;
182 + FVECT  nrm;
183   {
184          static int  rdepth = 0;                 /* ambient recursion */
185          double  d;
# Line 172 | Line 198 | register RAY  *r;
198                  rdepth++;
199                  d = doambient(acol, r, r->rweight, NULL, NULL);
200                  rdepth--;
201 <                if (d == 0.0)
201 >                if (d <= FTINY)
202                          goto dumbamb;
203                  return;
204          }
205 +                                                /* resort memory? */
206 +        sortambvals(0);
207                                                  /* get ambient value */
208          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
209 <        d = sumambient(acol, r, rdepth,
209 >        d = sumambient(acol, r, nrm, rdepth,
210                          &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
211 <        if (d > FTINY)
211 >        if (d > FTINY) {
212                  scalecolor(acol, 1.0/d);
213 <        else {
186 <                d = makeambient(acol, r, rdepth++);
187 <                rdepth--;
213 >                return;
214          }
215 +        rdepth++;                               /* need to cache new value */
216 +        d = makeambient(acol, r, nrm, rdepth-1);
217 +        rdepth--;
218          if (d > FTINY)
219                  return;
220   dumbamb:                                        /* return global value */
221          copycolor(acol, ambval);
222 + #if  AMBVWT
223 +        if (nambvals == 0)
224 +                return;
225 +        scalecolor(acol, (double)AMBVWT);
226 +        addcolor(acol, avsum);                  /* average in computations */
227 +        d = 1.0/(AMBVWT+nambvals);
228 +        scalecolor(acol, d);
229 + #endif
230   }
231  
232  
233   double
234 < sumambient(acol, r, al, at, c0, s)      /* get interpolated ambient value */
234 > sumambient(acol, r, rn, al, at, c0, s)  /* get interpolated ambient value */
235   COLOR  acol;
236   register RAY  *r;
237 + FVECT  rn;
238   int  al;
239   AMBTREE  *at;
240   FVECT  c0;
# Line 208 | Line 246 | double s;
246          int  i;
247          register int  j;
248          register AMBVAL  *av;
249 <                                        /* do this node */
249 >
250          wsum = 0.0;
251 +                                        /* do this node */
252          for (av = at->alist; av != NULL; av = av->next) {
253 +                if (tracktime)
254 +                        av->latick = ambclock++;
255                  /*
256                   *  Ambient level test.
257                   */
258 <                if (av->lvl > al || av->weight < r->rweight-FTINY)
258 >                if (av->lvl > al)       /* list sorted, so this works */
259 >                        break;
260 >                if (av->weight < r->rweight-FTINY)
261                          continue;
262                  /*
263                   *  Ambient radius test.
264                   */
265 <                e1 = 0.0;
266 <                for (j = 0; j < 3; j++) {
267 <                        d = av->pos[j] - r->rop[j];
268 <                        e1 += d * d;
269 <                }
265 >                d = av->pos[0] - r->rop[0];
266 >                e1 = d * d;
267 >                d = av->pos[1] - r->rop[1];
268 >                e1 += d * d;
269 >                d = av->pos[2] - r->rop[2];
270 >                e1 += d * d;
271                  e1 /= av->rad * av->rad;
272                  if (e1 > ambacc*ambacc*1.21)
273                          continue;
# Line 247 | Line 291 | double s;
291                   *  Jittering final test reduces image artifacts.
292                   */
293                  wt = sqrt(e1) + sqrt(e2);
294 <                wt *= .9 + .2*urand(9015+samplendx);
251 <                if (wt > ambacc)
294 >                if (wt > ambacc*(.9+.2*urand(9015+samplendx)))
295                          continue;
296                  if (wt <= 1e-3)
297                          wt = 1e3;
298                  else
299                          wt = 1.0 / wt;
300                  wsum += wt;
301 <                extambient(ct, av, r->rop, r->ron);
301 >                extambient(ct, av, r->rop, rn);
302                  scalecolor(ct, wt);
303                  addcolor(acol, ct);
304          }
# Line 274 | Line 317 | double s;
317                                  break;
318                  }
319                  if (j == 3)
320 <                        wsum += sumambient(acol, r, al, at->kid+i, ck0, s);
320 >                        wsum += sumambient(acol, r, rn, al, at->kid+i, ck0, s);
321          }
322          return(wsum);
323   }
324  
325  
326   double
327 < makeambient(acol, r, al)        /* make a new ambient value */
327 > makeambient(acol, r, rn, al)    /* make a new ambient value */
328   COLOR  acol;
329   register RAY  *r;
330 + FVECT  rn;
331   int  al;
332   {
333          AMBVAL  amb;
334          FVECT   gp, gd;
335                                                  /* compute weight */
336          amb.weight = pow(AVGREFL, (double)al);
337 <        if (r->rweight < 0.2*amb.weight)        /* heuristic */
337 >        if (r->rweight < 0.1*amb.weight)        /* heuristic */
338                  amb.weight = r->rweight;
339                                                  /* compute ambient */
340          amb.rad = doambient(acol, r, amb.weight, gp, gd);
341 <        if (amb.rad == 0.0)
341 >        if (amb.rad <= FTINY)
342                  return(0.0);
343                                                  /* store it */
344          VCOPY(amb.pos, r->rop);
# Line 305 | Line 349 | int  al;
349          VCOPY(amb.gdir, gd);
350                                                  /* insert into tree */
351          avsave(&amb);                           /* and save to file */
352 +        if (rn != r->ron)
353 +                extambient(acol, &amb, r->rop, rn);     /* texture */
354          return(amb.rad);
355   }
356  
# Line 349 | Line 395 | int  creat;
395   #endif
396          setbuf(ambfp, bmalloc(BUFSIZ+8));
397          if (creat) {                    /* new file */
398 +                newheader("RADIANCE", ambfp);
399                  fprintf(ambfp, "%s -av %g %g %g -ab %d -aa %g ",
400                                  progname, colval(ambval,RED),
401                                  colval(ambval,GRN), colval(ambval,BLU),
# Line 392 | Line 439 | register AMBVAL  *aval;
439          if ((av = newambval()) == NULL)
440                  error(SYSTEM, "out of memory in avstore");
441          copystruct(av, aval);
442 +        av->latick = ambclock;
443 +        av->next = NULL;
444 +        addcolor(avsum, av->val);       /* add to sum for averaging */
445 +        nambvals++;
446          return(av);
447   }
448  
449  
450 + #define ATALLOCSZ       512             /* #/8 trees to allocate at once */
451 +
452 + static AMBTREE  *atfreelist = NULL;     /* free ambient tree structures */
453 +
454 +
455   static
456 + AMBTREE *
457 + newambtree()                            /* allocate 8 ambient tree structs */
458 + {
459 +        register AMBTREE  *atp, *upperlim;
460 +
461 +        if (atfreelist == NULL) {       /* get more nodes */
462 +                atfreelist = (AMBTREE *)bmalloc(ATALLOCSZ*8*sizeof(AMBTREE));
463 +                if (atfreelist == NULL)
464 +                        return(NULL);
465 +                                        /* link new free list */
466 +                upperlim = atfreelist + 8*(ATALLOCSZ-1);
467 +                for (atp = atfreelist; atp < upperlim; atp += 8)
468 +                        atp->kid = atp + 8;
469 +                atp->kid = NULL;
470 +        }
471 +        atp = atfreelist;
472 +        atfreelist = atp->kid;
473 +        bzero((char *)atp, 8*sizeof(AMBTREE));
474 +        return(atp);
475 + }
476 +
477 +
478 + static
479 + freeambtree(atp)                        /* free 8 ambient tree structs */
480 + AMBTREE  *atp;
481 + {
482 +        atp->kid = atfreelist;
483 +        atfreelist = atp;
484 + }
485 +
486 +
487 + static
488   avinsert(av)                            /* insert ambient value in our tree */
489   register AMBVAL  *av;
490   {
491          register AMBTREE  *at;
492 +        register AMBVAL  *ap;
493 +        AMBVAL  avh;
494          FVECT  ck0;
495          double  s;
496          int  branch;
# Line 424 | Line 514 | register AMBVAL         *av;
514                          }
515                  at = at->kid + branch;
516          }
517 <        av->next = at->alist;
518 <        at->alist = av;
517 >        avh.next = at->alist;           /* order by increasing level */
518 >        for (ap = &avh; ap->next != NULL; ap = ap->next)
519 >                if (ap->next->lvl >= av->lvl)
520 >                        break;
521 >        av->next = ap->next;
522 >        ap->next = av;
523 >        at->alist = avh.next;
524   }
525  
526  
527   static
528 < loadatree(at)                           /* move tree to main store */
528 > unloadatree(at, f)                      /* unload an ambient value tree */
529   register AMBTREE  *at;
530 + int     (*f)();
531   {
532          register AMBVAL  *av;
533          register int  i;
534                                          /* transfer values at this node */
535          for (av = at->alist; av != NULL; av = at->alist) {
536                  at->alist = av->next;
537 <                avinsert(av);
537 >                (*f)(av);
538          }
539          if (at->kid == NULL)
540                  return;
541          for (i = 0; i < 8; i++)         /* transfer and free children */
542 <                loadatree(at->kid+i);
542 >                unloadatree(at->kid+i, f);
543          freeambtree(at->kid);
544 +        at->kid = NULL;
545 + }
546 +
547 +
548 + static AMBVAL   **avlist1, **avlist2;   /* ambient value lists for sorting */
549 + static int      i_avlist;               /* index for lists */
550 +
551 +
552 + static
553 + av2list(av)
554 + AMBVAL  *av;
555 + {
556 + #ifdef DEBUG
557 +        if (i_avlist >= nambvals)
558 +                error(CONSISTENCY, "too many ambient values in av2list1");
559 + #endif
560 +        avlist1[i_avlist] = avlist2[i_avlist] = av;
561 +        i_avlist++;
562 + }
563 +
564 +
565 + static int
566 + alatcmp(avp1, avp2)                     /* compare ambient values for MRA */
567 + AMBVAL  **avp1, **avp2;
568 + {
569 +        return((**avp2).latick - (**avp1).latick);
570 + }
571 +
572 +
573 + static int
574 + aposcmp(avp1, avp2)                     /* compare ambient value positions */
575 + AMBVAL  **avp1, **avp2;
576 + {
577 +        return(*avp1 - *avp2);
578 + }
579 +
580 +
581 + #ifdef DEBUG
582 + static int
583 + avlmemi(avaddr)                         /* find list position from address */
584 + AMBVAL  *avaddr;
585 + {
586 +        register AMBVAL  **avlpp;
587 +
588 +        avlpp = (AMBVAL **)bsearch((char *)&avaddr, (char *)avlist2,
589 +                        nambvals, sizeof(AMBVAL *), aposcmp);
590 +        if (avlpp == NULL)
591 +                error(CONSISTENCY, "address not found in avlmemi");
592 +        return(avlpp - avlist2);
593 + }
594 + #else
595 + #define avlmemi(avaddr) ((AMBVAL **)bsearch((char *)&avaddr,(char *)avlist2, \
596 +                                nambvals,sizeof(AMBVAL *),aposcmp) - avlist2)
597 + #endif
598 +
599 +
600 + static
601 + sortambvals(always)                     /* resort ambient values */
602 + int     always;
603 + {
604 +        AMBTREE  oldatrunk;
605 +        AMBVAL  tav, *tap, *pnext;
606 +        register int    i, j;
607 +                                        /* see if it's time yet */
608 +        if (!always && (ambclock < lastsort+sortintvl ||
609 +                        nambvals < SORT_THRESH))
610 +                return;
611 +        /*
612 +         * The idea here is to minimize memory thrashing
613 +         * in VM systems by improving reference locality.
614 +         * We do this by periodically sorting our stored ambient
615 +         * values in memory in order of most recently to least
616 +         * recently accessed.  This ordering was chosen so that new
617 +         * ambient values (which tend to be less important) go into
618 +         * higher memory with the infrequently accessed values.
619 +         *      Since we expect our values to need sorting less
620 +         * frequently as the process continues, we double our
621 +         * waiting interval after each call.
622 +         *      This routine is also called by setambacc() with
623 +         * the "always" parameter set to 1 so that the ambient
624 +         * tree will be rebuilt with the new accuracy parameter.
625 +         */
626 +        if (tracktime) {                /* allocate pointer arrays to sort */
627 +                avlist1 = (AMBVAL **)malloc(nambvals*sizeof(AMBVAL *));
628 +                avlist2 = (AMBVAL **)malloc(nambvals*sizeof(AMBVAL *));
629 +        } else
630 +                avlist1 = avlist2 = NULL;
631 +        if (avlist2 == NULL) {          /* no time tracking -- rebuild tree? */
632 +                if (avlist1 != NULL)
633 +                        free((char *)avlist1);
634 +                if (always) {           /* rebuild without sorting */
635 +                        copystruct(&oldatrunk, &atrunk);
636 +                        atrunk.alist = NULL;
637 +                        atrunk.kid = NULL;
638 +                        unloadatree(&oldatrunk, avinsert);
639 +                }
640 +        } else {                        /* sort memory by last access time */
641 +                /*
642 +                 * Sorting memory is tricky because it isn't contiguous.
643 +                 * We have to sort an array of pointers by MRA and also
644 +                 * by memory position.  We then copy values in "loops"
645 +                 * to minimize memory hits.  Nevertheless, we will visit
646 +                 * everyone at least twice, and this is an expensive process
647 +                 * when we're thrashing, which is when we need to do it.
648 +                 */
649 + #ifdef DEBUG
650 +                sprintf(errmsg, "sorting %u ambient values at ambclock=%lu...",
651 +                                nambvals, ambclock);
652 +                eputs(errmsg);
653 + #endif
654 +                i_avlist = 0;
655 +                unloadatree(&atrunk, av2list);  /* empty current tree */
656 + #ifdef DEBUG
657 +                if (i_avlist < nambvals)
658 +                        error(CONSISTENCY, "missing ambient values in sortambvals");
659 + #endif
660 +                qsort((char *)avlist1, nambvals, sizeof(AMBVAL *), alatcmp);
661 +                qsort((char *)avlist2, nambvals, sizeof(AMBVAL *), aposcmp);
662 +                for (i = 0; i < nambvals; i++) {
663 +                        if (avlist1[i] == NULL)
664 +                                continue;
665 +                        tap = avlist2[i];
666 +                        copystruct(&tav, tap);
667 +                        for (j = i; (pnext = avlist1[j]) != tap;
668 +                                        j = avlmemi(pnext)) {
669 +                                copystruct(avlist2[j], pnext);
670 +                                avinsert(avlist2[j]);
671 +                                avlist1[j] = NULL;
672 +                        }
673 +                        copystruct(avlist2[j], &tav);
674 +                        avinsert(avlist2[j]);
675 +                        avlist1[j] = NULL;
676 +                }
677 +                free((char *)avlist1);
678 +                free((char *)avlist2);
679 +                                                /* compute new sort interval */
680 +                sortintvl = ambclock - lastsort;
681 +                if (sortintvl >= MAX_SORT_INTVL/2)
682 +                        sortintvl = MAX_SORT_INTVL;
683 +                else
684 +                        sortintvl <<= 1;        /* wait twice as long next */
685 + #ifdef DEBUG
686 +                eputs("done\n");
687 + #endif
688 +        }
689 +        if (ambclock >= MAXACLOCK)
690 +                ambclock = MAXACLOCK/2;
691 +        lastsort = ambclock;
692   }
693  
694  

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– Removed lines
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> Changed lines