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

Comparing ray/src/rt/ambient.c (file contents):
Revision 1.6 by greg, Tue Aug 8 17:31:23 1989 UTC vs.
Revision 2.2 by greg, Wed Jan 15 10:36:42 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  
28 < #define  WDONE          4       /* stop if wsum/wmin is at or above */
28 > typedef struct ambtree {
29 >        AMBVAL  *alist;         /* ambient value list */
30 >        struct ambtree  *kid;   /* 8 child nodes */
31 > }  AMBTREE;                     /* ambient octree */
32  
33   extern CUBE  thescene;          /* contains space boundaries */
34  
35 < extern COLOR  ambval;           /* global ambient component */
36 < extern double  ambacc;          /* ambient accuracy */
30 < extern int  ambres;             /* ambient resolution */
31 < extern int  ambdiv;             /* number of divisions for calculation */
32 < extern int  ambssamp;           /* number of super-samples */
33 < extern int  ambounce;           /* number of ambient bounces */
34 < extern char  *amblist[];        /* ambient include/exclude list */
35 < extern int  ambincl;            /* include == 1, exclude == 0 */
35 > #define  MAXASET        511     /* maximum number of elements in ambient set */
36 > OBJECT  ambset[MAXASET+1]={0};  /* ambient include/exclude set */
37  
37 – OBJECT  ambset[128];            /* ambient include/exclude set */
38 –
38   double  maxarad;                /* maximum ambient radius */
39   double  minarad;                /* minimum ambient radius */
40  
42 – typedef struct ambval {
43 –        FVECT  pos;             /* position in space */
44 –        FVECT  dir;             /* normal direction */
45 –        int  lvl;               /* recursion level of parent ray */
46 –        float  weight;          /* weight of parent ray */
47 –        COLOR  val;             /* computed ambient value */
48 –        float  rad;             /* validity radius */
49 –        struct ambval  *next;   /* next in list */
50 – }  AMBVAL;                      /* ambient value */
51 –
52 – typedef struct ambtree {
53 –        AMBVAL  *alist;         /* ambient value list */
54 –        struct ambtree  *kid;   /* 8 child nodes */
55 – }  AMBTREE;                     /* ambient octree */
56 –
57 – typedef struct {
58 –        float  k;               /* error contribution per sample */
59 –        COLOR  v;               /* ray sum */
60 –        int  n;                 /* number of samples */
61 –        short  t, p;            /* theta, phi indices */
62 – }  AMBSAMP;                     /* ambient sample */
63 –
41   static AMBTREE  atrunk;         /* our ambient trunk node */
42  
43   static FILE  *ambfp = NULL;     /* ambient file pointer */
# Line 69 | Line 46 | static FILE  *ambfp = NULL;    /* ambient file pointer */
46  
47   #define  newambtree()   (AMBTREE *)calloc(8, sizeof(AMBTREE))
48  
72 – double  sumambient(), doambient(), makeambient();
49  
74 –
50   setambient(afile)                       /* initialize calculation */
51   char  *afile;
52   {
53          long  ftell();
79 –        char  **amblp;
80 –        OBJECT  obj;
54          AMBVAL  amb;
55 <                                        /* set up ambient set */
83 <        ambset[0] = 0;
84 <        for (amblp = amblist; *amblp != NULL; amblp++) {
85 <                if ((obj = modifier(*amblp)) == OVOID) {
86 <                        sprintf(errmsg, "unknown %s modifier \"%s\"",
87 <                                ambincl ? "include" : "exclude", *amblp);
88 <                        error(WARNING, errmsg);
89 <                        continue;
90 <                }
91 <                if (!inset(ambset, obj))
92 <                        insertelem(ambset, obj);
93 <        }
55 >
56          maxarad = thescene.cusize / 2.0;                /* maximum radius */
57                                                          /* minimum radius */
58          minarad = ambres > 0 ? thescene.cusize/ambres : 0.0;
# Line 98 | Line 60 | char  *afile;
60                                          /* open ambient file */
61          if (afile != NULL)
62                  if ((ambfp = fopen(afile, "r+")) != NULL) {
63 <                        while (fread(&amb, sizeof(AMBVAL), 1, ambfp) == 1)
63 >                        while (fread((char *)&amb,sizeof(AMBVAL),1,ambfp) == 1)
64                                  avinsert(&amb, &atrunk, thescene.cuorg,
65                                                  thescene.cusize);
66                                                          /* align */
# Line 111 | Line 73 | char  *afile;
73   }
74  
75  
76 + ambnotify(obj)                  /* record new modifier */
77 + OBJECT  obj;
78 + {
79 +        static int  hitlimit = 0;
80 +        register OBJREC  *o = objptr(obj);
81 +        register char  **amblp;
82 +
83 +        if (hitlimit || !ismodifier(o->otype))
84 +                return;
85 +        for (amblp = amblist; *amblp != NULL; amblp++)
86 +                if (!strcmp(o->oname, *amblp)) {
87 +                        if (ambset[0] >= MAXASET) {
88 +                                error(WARNING, "too many modifiers in ambient list");
89 +                                hitlimit++;
90 +                                return;         /* should this be fatal? */
91 +                        }
92 +                        insertelem(ambset, obj);
93 +                        return;
94 +                }
95 + }
96 +
97 +
98   ambient(acol, r)                /* compute ambient component for ray */
99   COLOR  acol;
100   register RAY  *r;
101   {
102          static int  rdepth = 0;                 /* ambient recursion */
103 <        double  wsum;
103 >        double  d;
104  
121 –        rdepth++;                               /* increment level */
122 –
105          if (ambdiv <= 0)                        /* no ambient calculation */
106                  goto dumbamb;
107                                                  /* check number of bounces */
108 <        if (rdepth > ambounce)
108 >        if (rdepth >= ambounce)
109                  goto dumbamb;
110                                                  /* check ambient list */
111          if (ambincl != -1 && r->ro != NULL &&
# Line 131 | Line 113 | register RAY  *r;
113                  goto dumbamb;
114  
115          if (ambacc <= FTINY) {                  /* no ambient storage */
116 <                if (doambient(acol, r) == 0.0)
116 >                rdepth++;
117 >                d = doambient(acol, r, r->rweight, NULL, NULL);
118 >                rdepth--;
119 >                if (d == 0.0)
120                          goto dumbamb;
121 <                goto done;
121 >                return;
122          }
123                                                  /* get ambient value */
124          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
125 <        wsum = sumambient(acol, r, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
126 <        if (wsum > FTINY)
127 <                scalecolor(acol, 1.0/wsum);
128 <        else if (makeambient(acol, r) == 0.0)
129 <                goto dumbamb;
130 <        goto done;
131 <
125 >        d = sumambient(acol, r, rdepth,
126 >                        &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
127 >        if (d > FTINY)
128 >                scalecolor(acol, 1.0/d);
129 >        else {
130 >                d = makeambient(acol, r, rdepth++);
131 >                rdepth--;
132 >        }
133 >        if (d > FTINY)
134 >                return;
135   dumbamb:                                        /* return global value */
136          copycolor(acol, ambval);
149 – done:                                           /* must finish here! */
150 –        rdepth--;
137   }
138  
139  
140   double
141 < sumambient(acol, r, at, c0, s)          /* get interpolated ambient value */
141 > sumambient(acol, r, al, at, c0, s)      /* get interpolated ambient value */
142   COLOR  acol;
143   register RAY  *r;
144 + int  al;
145   AMBTREE  *at;
146   FVECT  c0;
147   double  s;
# Line 166 | Line 153 | double  s;
153          int  i;
154          register int  j;
155          register AMBVAL  *av;
156 <
156 >                                        /* do this node */
157          wsum = 0.0;
171 –                                        /* check children first */
172 –        if (at->kid != NULL) {
173 –                s *= 0.5;
174 –                for (i = 0; i < 8; i++) {
175 –                        for (j = 0; j < 3; j++) {
176 –                                ck0[j] = c0[j];
177 –                                if (1<<j & i)
178 –                                        ck0[j] += s;
179 –                                if (r->rop[j] < ck0[j] - OCTSCALE*s)
180 –                                        break;
181 –                                if (r->rop[j] > ck0[j] + (1.0+OCTSCALE)*s)
182 –                                        break;
183 –                        }
184 –                        if (j == 3)
185 –                                wsum += sumambient(acol, r, at->kid+i, ck0, s);
186 –                }
187 –                if (wsum*ambacc >= WDONE)
188 –                        return(wsum);           /* close enough */
189 –        }
190 –                                        /* check this node */
158          for (av = at->alist; av != NULL; av = av->next) {
159                  /*
160 <                 *  Ray strength test.
160 >                 *  Ambient level test.
161                   */
162 <                if (av->lvl > r->rlvl || av->weight < r->rweight-FTINY)
162 >                if (av->lvl > al || av->weight < r->rweight-FTINY)
163                          continue;
164                  /*
165                   *  Ambient radius test.
# Line 219 | Line 186 | double  s;
186                  for (j = 0; j < 3; j++)
187                          d += (r->rop[j] - av->pos[j]) *
188                                          (av->dir[j] + r->ron[j]);
189 <                if (d < -minarad)
189 >                if (d*0.5 < -minarad*ambacc-.001)
190                          continue;
191                  /*
192                   *  Jittering final test reduces image artifacts.
193                   */
194                  wt = sqrt(e1) + sqrt(e2);
195 <                wt *= 0.9 + 0.2*frandom();
195 >                wt *= .9 + .2*urand(9015+samplendx);
196                  if (wt > ambacc)
197                          continue;
198                  if (wt <= 1e-3)
# Line 233 | Line 200 | double  s;
200                  else
201                          wt = 1.0 / wt;
202                  wsum += wt;
203 <                copycolor(ct, av->val);
203 >                extambient(ct, av, r->rop, r->ron);
204                  scalecolor(ct, wt);
205                  addcolor(acol, ct);
206          }
207 +        if (at->kid == NULL)
208 +                return(wsum);
209 +                                        /* do children */
210 +        s *= 0.5;
211 +        for (i = 0; i < 8; i++) {
212 +                for (j = 0; j < 3; j++) {
213 +                        ck0[j] = c0[j];
214 +                        if (1<<j & i)
215 +                                ck0[j] += s;
216 +                        if (r->rop[j] < ck0[j] - OCTSCALE*s)
217 +                                break;
218 +                        if (r->rop[j] > ck0[j] + (1.0+OCTSCALE)*s)
219 +                                break;
220 +                }
221 +                if (j == 3)
222 +                        wsum += sumambient(acol, r, al, at->kid+i, ck0, s);
223 +        }
224          return(wsum);
225   }
226  
227  
228   double
229 < makeambient(acol, r)            /* make a new ambient value */
229 > makeambient(acol, r, al)        /* make a new ambient value */
230   COLOR  acol;
231   register RAY  *r;
232 + int  al;
233   {
234          AMBVAL  amb;
235 <
236 <        amb.rad = doambient(acol, r);           /* compute ambient */
235 >        FVECT   gp, gd;
236 >                                                /* compute weight */
237 >        amb.weight = pow(AVGREFL, (double)al);
238 >        if (r->rweight < 0.2*amb.weight)        /* heuristic */
239 >                amb.weight = r->rweight;
240 >                                                /* compute ambient */
241 >        amb.rad = doambient(acol, r, amb.weight, gp, gd);
242          if (amb.rad == 0.0)
243                  return(0.0);
244                                                  /* store it */
245          VCOPY(amb.pos, r->rop);
246          VCOPY(amb.dir, r->ron);
247 <        amb.lvl = r->rlvl;
258 <        amb.weight = r->rweight;
247 >        amb.lvl = al;
248          copycolor(amb.val, acol);
249 +        VCOPY(amb.gpos, gp);
250 +        VCOPY(amb.gdir, gd);
251                                                  /* insert into tree */
252          avinsert(&amb, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
253          avsave(&amb);                           /* write to file */
# Line 264 | Line 255 | register RAY  *r;
255   }
256  
257  
258 < double
259 < doambient(acol, r)                      /* compute ambient component */
260 < COLOR  acol;
261 < register RAY  *r;
258 > extambient(cr, ap, pv, nv)              /* extrapolate value at pv, nv */
259 > COLOR  cr;
260 > register AMBVAL  *ap;
261 > FVECT  pv, nv;
262   {
263 <        extern int  ambcmp();
264 <        extern double  sin(), cos(), sqrt();
265 <        double  phi, xd, yd, zd;
275 <        double  b, b2;
276 <        register AMBSAMP  *div;
277 <        AMBSAMP  dnew;
278 <        RAY  ar;
279 <        FVECT  ux, uy;
280 <        double  arad;
281 <        int  ndivs, nt, np, ns, ne, i, j;
282 <        register int  k;
263 >        FVECT  v1, v2;
264 >        register int  i;
265 >        double  d;
266  
267 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
268 <                                        /* set number of divisions */
269 <        nt = sqrt(ambdiv * r->rweight * 0.5) + 0.5;
270 <        np = 2 * nt;
271 <        ndivs = nt * np;
272 <                                        /* check first */
273 <        if (ndivs == 0 || rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
274 <                return(0.0);
275 <                                        /* set number of super-samples */
276 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
277 <        if (ns > 0) {
295 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
296 <                if (div == NULL)
297 <                        error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
267 >        d = 1.0;                        /* zeroeth order */
268 >                                        /* gradient due to translation */
269 >        for (i = 0; i < 3; i++)
270 >                d += ap->gpos[i]*(pv[i]-ap->pos[i]);
271 >                                        /* gradient due to rotation */
272 >        VCOPY(v1, ap->dir);
273 >        fcross(v2, v1, nv);
274 >        d += DOT(ap->gdir, v2);
275 >        if (d <= 0.0) {
276 >                setcolor(cr, 0.0, 0.0, 0.0);
277 >                return;
278          }
279 <                                        /* make axes */
280 <        uy[0] = uy[1] = uy[2] = 0.0;
301 <        for (k = 0; k < 3; k++)
302 <                if (r->ron[k] < 0.6 && r->ron[k] > -0.6)
303 <                        break;
304 <        uy[k] = 1.0;
305 <        fcross(ux, r->ron, uy);
306 <        normalize(ux);
307 <        fcross(uy, ux, r->ron);
308 <                                                /* sample divisions */
309 <        arad = 0.0;
310 <        ne = 0;
311 <        for (i = 0; i < nt; i++)
312 <                for (j = 0; j < np; j++) {
313 <                        rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5);        /* pretested */
314 <                        zd = sqrt((i+frandom())/nt);
315 <                        phi = 2.0*PI * (j+frandom())/np;
316 <                        xd = cos(phi) * zd;
317 <                        yd = sin(phi) * zd;
318 <                        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
319 <                        for (k = 0; k < 3; k++)
320 <                                ar.rdir[k] = xd*ux[k]+yd*uy[k]+zd*r->ron[k];
321 <                        rayvalue(&ar);
322 <                        if (ar.rot < FHUGE)
323 <                                arad += 1.0 / ar.rot;
324 <                        if (ns > 0) {                   /* save division */
325 <                                div[ne].k = 0.0;
326 <                                copycolor(div[ne].v, ar.rcol);
327 <                                div[ne].n = 0;
328 <                                div[ne].t = i; div[ne].p = j;
329 <                                                        /* sum errors */
330 <                                b = bright(ar.rcol);
331 <                                if (i > 0) {            /* from above */
332 <                                        b2 = bright(div[ne-np].v) - b;
333 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
334 <                                        div[ne].k += b2;
335 <                                        div[ne].n++;
336 <                                        div[ne-np].k += b2;
337 <                                        div[ne-np].n++;
338 <                                }
339 <                                if (j > 0) {            /* from behind */
340 <                                        b2 = bright(div[ne-1].v) - b;
341 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
342 <                                        div[ne].k += b2;
343 <                                        div[ne].n++;
344 <                                        div[ne-1].k += b2;
345 <                                        div[ne-1].n++;
346 <                                }
347 <                                if (j == np-1) {        /* around */
348 <                                        b2 = bright(div[ne-(np-1)].v) - b;
349 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
350 <                                        div[ne].k += b2;
351 <                                        div[ne].n++;
352 <                                        div[ne-(np-1)].k += b2;
353 <                                        div[ne-(np-1)].n++;
354 <                                }
355 <                                ne++;
356 <                        } else
357 <                                addcolor(acol, ar.rcol);
358 <                }
359 <        for (k = 0; k < ne; k++) {              /* compute errors */
360 <                if (div[k].n > 1)
361 <                        div[k].k /= div[k].n;
362 <                div[k].n = 1;
363 <        }
364 <                                                /* sort the divisions */
365 <        qsort(div, ne, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);
366 <                                                /* skim excess */
367 <        while (ne > ns) {
368 <                ne--;
369 <                addcolor(acol, div[ne].v);
370 <        }
371 <                                                /* super-sample */
372 <        for (i = ns; i > 0; i--) {
373 <                rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5);        /* pretested */
374 <                zd = sqrt((div[0].t+frandom())/nt);
375 <                phi = 2.0*PI * (div[0].p+frandom())/np;
376 <                xd = cos(phi) * zd;
377 <                yd = sin(phi) * zd;
378 <                zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
379 <                for (k = 0; k < 3; k++)
380 <                        ar.rdir[k] = xd*ux[k]+yd*uy[k]+zd*r->ron[k];
381 <                rayvalue(&ar);
382 <                if (ar.rot < FHUGE)
383 <                        arad += 1.0 / ar.rot;
384 <                                                /* recompute error */
385 <                copycolor(dnew.v, div[0].v);
386 <                addcolor(dnew.v, ar.rcol);
387 <                dnew.n = div[0].n + 1;
388 <                dnew.t = div[0].t; dnew.p = div[0].p;
389 <                b2 = bright(dnew.v)/dnew.n - bright(ar.rcol);
390 <                b2 = b2*b2 + div[0].k*(div[0].n*div[0].n);
391 <                dnew.k = b2/(dnew.n*dnew.n);
392 <                                                /* reinsert */
393 <                for (k = 0; k < ne-1 && dnew.k < div[k+1].k; k++)
394 <                        bcopy(&div[k+1], &div[k], sizeof(AMBSAMP));
395 <                bcopy(&dnew, &div[k], sizeof(AMBSAMP));
396 <
397 <                if (ne >= i) {          /* extract darkest division */
398 <                        ne--;
399 <                        if (div[ne].n > 1)
400 <                                scalecolor(div[ne].v, 1.0/div[ne].n);
401 <                        addcolor(acol, div[ne].v);
402 <                }
403 <        }
404 <        scalecolor(acol, 1.0/ndivs);
405 <        if (arad <= FTINY)
406 <                arad = FHUGE;
407 <        else
408 <                arad = (ndivs+ns) / arad / sqrt(r->rweight);
409 <        if (arad > maxarad)
410 <                arad = maxarad;
411 <        else if (arad < minarad)
412 <                arad = minarad;
413 <        if (ns > 0)
414 <                free((char *)div);
415 <        return(arad);
279 >        copycolor(cr, ap->val);
280 >        scalecolor(cr, d);
281   }
282  
283  
419 – static int
420 – ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
421 – AMBSAMP  *d1, *d2;
422 – {
423 –        if (d1->k < d2->k)
424 –                return(1);
425 –        if (d1->k > d2->k)
426 –                return(-1);
427 –        return(0);
428 – }
429 –
430 –
284   static
285   avsave(av)                              /* save an ambient value */
286   AMBVAL  *av;
# Line 437 | Line 290 | AMBVAL  *av;
290   #endif
291          if (ambfp == NULL)
292                  return;
293 <        if (fwrite(av, sizeof(AMBVAL), 1, ambfp) != 1)
293 >        if (fwrite((char *)av, sizeof(AMBVAL), 1, ambfp) != 1)
294                  goto writerr;
295   #ifdef  AMBFLUSH
296          if (++nunflshed >= AMBFLUSH) {
# Line 466 | Line 319 | double  s;
319  
320          if ((av = newambval()) == NULL)
321                  goto memerr;
322 <        bcopy(aval, av, sizeof(AMBVAL));
322 >        copystruct(av, aval);
323          VCOPY(ck0, c0);
324          while (s*(OCTSCALE/2) > av->rad*ambacc) {
325                  if (at->kid == NULL)

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