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

Comparing ray/src/rt/ambient.c (file contents):
Revision 1.9 by greg, Fri Jan 19 00:00:05 1990 UTC vs.
Revision 2.7 by greg, Thu Jul 16 13:37:12 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 19 | Line 19 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
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  
26 – extern CUBE  thescene;          /* contains space boundaries */
27 –
28 – extern COLOR  ambval;           /* global ambient component */
29 – 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 */
36 –
37 – OBJECT  ambset[256]={0};        /* ambient include/exclude set */
38 –
39 – double  maxarad;                /* maximum ambient radius */
40 – double  minarad;                /* minimum ambient radius */
41 –
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 –
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 {
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 */
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 */
44 + static char  *afname;           /* ambient file name */
45 + static long  ambheadlen;        /* length of ambient file header */
46  
47 + #define  AMBFLUSH       (BUFSIZ/AMBVALSIZ)
48 +
49   #define  newambval()    (AMBVAL *)bmalloc(sizeof(AMBVAL))
50  
51   #define  newambtree()   (AMBTREE *)calloc(8, sizeof(AMBTREE))
52  
53 < double  sumambient(), doambient(), makeambient();
53 > extern long  ftell(), lseek();
54  
55  
56 + setambres(ar)                           /* set ambient resolution */
57 + int  ar;
58 + {
59 +                                                /* set min & max radii */
60 +        if (ar <= 0) {
61 +                minarad = 0.0;
62 +                maxarad = thescene.cusize / 2.0;
63 +        } else {
64 +                minarad = thescene.cusize / ar;
65 +                maxarad = 16.0 * minarad;               /* heuristic */
66 +                if (maxarad > thescene.cusize / 2.0)
67 +                        maxarad = thescene.cusize / 2.0;
68 +        }
69 +        if (maxarad <= FTINY)
70 +                maxarad = .001;
71 + }
72 +
73 +
74   setambient(afile)                       /* initialize calculation */
75   char  *afile;
76   {
78 –        long  ftell();
79 –        OBJECT  obj;
77          AMBVAL  amb;
78 <
79 <        maxarad = thescene.cusize / 2.0;                /* maximum radius */
80 <                                                        /* minimum radius */
81 <        minarad = ambres > 0 ? thescene.cusize/ambres : 0.0;
85 <
86 <                                        /* open ambient file */
87 <        if (afile != NULL)
78 >                                                /* init ambient limits */
79 >        setambres(ambres);
80 >                                                /* open ambient file */
81 >        if ((afname = afile) != NULL)
82                  if ((ambfp = fopen(afile, "r+")) != NULL) {
83 <                        while (fread((char *)&amb,sizeof(AMBVAL),1,ambfp) == 1)
83 >                        initambfile(0);
84 >                        while (readambval(&amb, ambfp))
85                                  avinsert(&amb, &atrunk, thescene.cuorg,
86                                                  thescene.cusize);
87                                                          /* align */
88 <                        fseek(ambfp, -(ftell(ambfp)%sizeof(AMBVAL)), 1);
89 <                } else if ((ambfp = fopen(afile, "w")) == NULL) {
88 >                        fseek(ambfp, -((ftell(ambfp)-ambheadlen)%AMBVALSIZ), 1);
89 >                } else if ((ambfp = fopen(afile, "w")) != NULL)
90 >                        initambfile(1);
91 >                else {
92                          sprintf(errmsg, "cannot open ambient file \"%s\"",
93                                          afile);
94                          error(SYSTEM, errmsg);
# Line 99 | Line 96 | char  *afile;
96   }
97  
98  
99 + initambfile(creat)              /* initialize ambient file */
100 + int  creat;
101 + {
102 +        extern char  *progname, *octname;
103 +
104 +        setbuf(ambfp, bmalloc(BUFSIZ));
105 +        if (creat) {                    /* new file */
106 +                fprintf(ambfp, "%s -av %g %g %g -ab %d -aa %g ",
107 +                                progname, colval(ambval,RED),
108 +                                colval(ambval,GRN), colval(ambval,BLU),
109 +                                ambounce, ambacc);
110 +                fprintf(ambfp, "-ad %d -as %d -ar %d %s\n",
111 +                                ambdiv, ambssamp, ambres,
112 +                                octname==NULL ? "" : octname);
113 +                fputformat(AMBFMT, ambfp);
114 +                putc('\n', ambfp);
115 +                putambmagic(ambfp);
116 +                fflush(ambfp);
117 +        } else if (checkheader(ambfp, AMBFMT, NULL) < 0
118 +                        || !hasambmagic(ambfp)) {
119 +                sprintf(errmsg, "\"%s\" is not an ambient file", afname);
120 +                error(USER, afname);
121 +        }
122 +        ambheadlen = ftell(ambfp);
123 + }
124 +
125 +
126   ambnotify(obj)                  /* record new modifier */
127   OBJECT  obj;
128   {
129 +        static int  hitlimit = 0;
130          register OBJREC  *o = objptr(obj);
131          register char  **amblp;
132  
133 <        if (!ismodifier(o->otype))
133 >        if (hitlimit || !ismodifier(o->otype))
134                  return;
135          for (amblp = amblist; *amblp != NULL; amblp++)
136                  if (!strcmp(o->oname, *amblp)) {
137 +                        if (ambset[0] >= MAXASET) {
138 +                                error(WARNING, "too many modifiers in ambient list");
139 +                                hitlimit++;
140 +                                return;         /* should this be fatal? */
141 +                        }
142                          insertelem(ambset, obj);
143                          return;
144                  }
# Line 120 | Line 150 | COLOR  acol;
150   register RAY  *r;
151   {
152          static int  rdepth = 0;                 /* ambient recursion */
153 <        double  wsum;
153 >        double  d;
154  
125 –        rdepth++;                               /* increment level */
126 –
155          if (ambdiv <= 0)                        /* no ambient calculation */
156                  goto dumbamb;
157                                                  /* check number of bounces */
158 <        if (rdepth > ambounce)
158 >        if (rdepth >= ambounce)
159                  goto dumbamb;
160                                                  /* check ambient list */
161          if (ambincl != -1 && r->ro != NULL &&
# Line 135 | Line 163 | register RAY  *r;
163                  goto dumbamb;
164  
165          if (ambacc <= FTINY) {                  /* no ambient storage */
166 <                if (doambient(acol, r) == 0.0)
166 >                rdepth++;
167 >                d = doambient(acol, r, r->rweight, NULL, NULL);
168 >                rdepth--;
169 >                if (d == 0.0)
170                          goto dumbamb;
171 <                goto done;
171 >                return;
172          }
173                                                  /* get ambient value */
174          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
175 <        wsum = sumambient(acol, r, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
176 <        if (wsum > FTINY)
177 <                scalecolor(acol, 1.0/wsum);
178 <        else if (makeambient(acol, r) == 0.0)
179 <                goto dumbamb;
180 <        goto done;
181 <
175 >        d = sumambient(acol, r, rdepth,
176 >                        &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
177 >        if (d > FTINY)
178 >                scalecolor(acol, 1.0/d);
179 >        else {
180 >                d = makeambient(acol, r, rdepth++);
181 >                rdepth--;
182 >        }
183 >        if (d > FTINY)
184 >                return;
185   dumbamb:                                        /* return global value */
186          copycolor(acol, ambval);
153 – done:                                           /* must finish here! */
154 –        rdepth--;
187   }
188  
189  
190   double
191 < sumambient(acol, r, at, c0, s)          /* get interpolated ambient value */
191 > sumambient(acol, r, al, at, c0, s)      /* get interpolated ambient value */
192   COLOR  acol;
193   register RAY  *r;
194 + int  al;
195   AMBTREE  *at;
196   FVECT  c0;
197   double  s;
# Line 174 | Line 207 | double  s;
207          wsum = 0.0;
208          for (av = at->alist; av != NULL; av = av->next) {
209                  /*
210 <                 *  Ray strength test.
210 >                 *  Ambient level test.
211                   */
212 <                if (av->lvl > r->rlvl || av->weight < r->rweight-FTINY)
212 >                if (av->lvl > al || av->weight < r->rweight-FTINY)
213                          continue;
214                  /*
215                   *  Ambient radius test.
# Line 203 | Line 236 | double  s;
236                  for (j = 0; j < 3; j++)
237                          d += (r->rop[j] - av->pos[j]) *
238                                          (av->dir[j] + r->ron[j]);
239 <                if (d < -minarad)
239 >                if (d*0.5 < -minarad*ambacc-.001)
240                          continue;
241                  /*
242                   *  Jittering final test reduces image artifacts.
243                   */
244                  wt = sqrt(e1) + sqrt(e2);
245 <                wt *= .9 + .2*frandom();
245 >                wt *= .9 + .2*urand(9015+samplendx);
246                  if (wt > ambacc)
247                          continue;
248                  if (wt <= 1e-3)
# Line 217 | Line 250 | double  s;
250                  else
251                          wt = 1.0 / wt;
252                  wsum += wt;
253 <                copycolor(ct, av->val);
253 >                extambient(ct, av, r->rop, r->ron);
254                  scalecolor(ct, wt);
255                  addcolor(acol, ct);
256          }
# Line 236 | Line 269 | double  s;
269                                  break;
270                  }
271                  if (j == 3)
272 <                        wsum += sumambient(acol, r, at->kid+i, ck0, s);
272 >                        wsum += sumambient(acol, r, al, at->kid+i, ck0, s);
273          }
274          return(wsum);
275   }
276  
277  
278   double
279 < makeambient(acol, r)            /* make a new ambient value */
279 > makeambient(acol, r, al)        /* make a new ambient value */
280   COLOR  acol;
281   register RAY  *r;
282 + int  al;
283   {
284          AMBVAL  amb;
285 <
286 <        amb.rad = doambient(acol, r);           /* compute ambient */
285 >        FVECT   gp, gd;
286 >                                                /* compute weight */
287 >        amb.weight = pow(AVGREFL, (double)al);
288 >        if (r->rweight < 0.2*amb.weight)        /* heuristic */
289 >                amb.weight = r->rweight;
290 >                                                /* compute ambient */
291 >        amb.rad = doambient(acol, r, amb.weight, gp, gd);
292          if (amb.rad == 0.0)
293                  return(0.0);
294                                                  /* store it */
295          VCOPY(amb.pos, r->rop);
296          VCOPY(amb.dir, r->ron);
297 <        amb.lvl = r->rlvl;
259 <        amb.weight = r->rweight;
297 >        amb.lvl = al;
298          copycolor(amb.val, acol);
299 +        VCOPY(amb.gpos, gp);
300 +        VCOPY(amb.gdir, gd);
301                                                  /* insert into tree */
302 <        avinsert(&amb, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
263 <        avsave(&amb);                           /* write to file */
302 >        avsave(&amb);                           /* and save to file */
303          return(amb.rad);
304   }
305  
306  
307 < double
308 < doambient(acol, r)                      /* compute ambient component */
309 < COLOR  acol;
310 < register RAY  *r;
307 > extambient(cr, ap, pv, nv)              /* extrapolate value at pv, nv */
308 > COLOR  cr;
309 > register AMBVAL  *ap;
310 > FVECT  pv, nv;
311   {
312 <        extern int  ambcmp();
313 <        extern double  sin(), cos(), sqrt();
314 <        double  phi, xd, yd, zd;
276 <        double  b, b2;
277 <        register AMBSAMP  *div;
278 <        AMBSAMP  dnew;
279 <        RAY  ar;
280 <        FVECT  ux, uy;
281 <        double  arad;
282 <        int  ndivs, nt, np, ns, ne, i, j;
283 <        register int  k;
312 >        FVECT  v1, v2;
313 >        register int  i;
314 >        double  d;
315  
316 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
317 <                                        /* set number of divisions */
318 <        nt = sqrt(ambdiv * r->rweight * 0.5) + 0.5;
319 <        np = 2 * nt;
320 <        ndivs = nt * np;
321 <                                        /* check first */
322 <        if (ndivs == 0 || rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
323 <                return(0.0);
324 <                                        /* set number of super-samples */
325 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
326 <        if (ns > 0) {
296 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
297 <                if (div == NULL)
298 <                        error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
316 >        d = 1.0;                        /* zeroeth order */
317 >                                        /* gradient due to translation */
318 >        for (i = 0; i < 3; i++)
319 >                d += ap->gpos[i]*(pv[i]-ap->pos[i]);
320 >                                        /* gradient due to rotation */
321 >        VCOPY(v1, ap->dir);
322 >        fcross(v2, v1, nv);
323 >        d += DOT(ap->gdir, v2);
324 >        if (d <= 0.0) {
325 >                setcolor(cr, 0.0, 0.0, 0.0);
326 >                return;
327          }
328 <                                        /* make axes */
329 <        uy[0] = uy[1] = uy[2] = 0.0;
302 <        for (k = 0; k < 3; k++)
303 <                if (r->ron[k] < 0.6 && r->ron[k] > -0.6)
304 <                        break;
305 <        uy[k] = 1.0;
306 <        fcross(ux, r->ron, uy);
307 <        normalize(ux);
308 <        fcross(uy, ux, r->ron);
309 <                                                /* sample divisions */
310 <        arad = 0.0;
311 <        ne = 0;
312 <        for (i = 0; i < nt; i++)
313 <                for (j = 0; j < np; j++) {
314 <                        rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5);        /* pretested */
315 <                        zd = sqrt((i+frandom())/nt);
316 <                        phi = 2.0*PI * (j+frandom())/np;
317 <                        xd = cos(phi) * zd;
318 <                        yd = sin(phi) * zd;
319 <                        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
320 <                        for (k = 0; k < 3; k++)
321 <                                ar.rdir[k] = xd*ux[k]+yd*uy[k]+zd*r->ron[k];
322 <                        rayvalue(&ar);
323 <                        if (ar.rot < FHUGE)
324 <                                arad += 1.0 / ar.rot;
325 <                        if (ns > 0) {                   /* save division */
326 <                                div[ne].k = 0.0;
327 <                                copycolor(div[ne].v, ar.rcol);
328 <                                div[ne].n = 0;
329 <                                div[ne].t = i; div[ne].p = j;
330 <                                                        /* sum errors */
331 <                                b = bright(ar.rcol);
332 <                                if (i > 0) {            /* from above */
333 <                                        b2 = bright(div[ne-np].v) - b;
334 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
335 <                                        div[ne].k += b2;
336 <                                        div[ne].n++;
337 <                                        div[ne-np].k += b2;
338 <                                        div[ne-np].n++;
339 <                                }
340 <                                if (j > 0) {            /* from behind */
341 <                                        b2 = bright(div[ne-1].v) - b;
342 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
343 <                                        div[ne].k += b2;
344 <                                        div[ne].n++;
345 <                                        div[ne-1].k += b2;
346 <                                        div[ne-1].n++;
347 <                                }
348 <                                if (j == np-1) {        /* around */
349 <                                        b2 = bright(div[ne-(np-1)].v) - b;
350 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
351 <                                        div[ne].k += b2;
352 <                                        div[ne].n++;
353 <                                        div[ne-(np-1)].k += b2;
354 <                                        div[ne-(np-1)].n++;
355 <                                }
356 <                                ne++;
357 <                        } else
358 <                                addcolor(acol, ar.rcol);
359 <                }
360 <        for (k = 0; k < ne; k++) {              /* compute errors */
361 <                if (div[k].n > 1)
362 <                        div[k].k /= div[k].n;
363 <                div[k].n = 1;
364 <        }
365 <                                                /* sort the divisions */
366 <        qsort(div, ne, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);
367 <                                                /* skim excess */
368 <        while (ne > ns) {
369 <                ne--;
370 <                addcolor(acol, div[ne].v);
371 <        }
372 <                                                /* super-sample */
373 <        for (i = ns; i > 0; i--) {
374 <                rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5);        /* pretested */
375 <                zd = sqrt((div[0].t+frandom())/nt);
376 <                phi = 2.0*PI * (div[0].p+frandom())/np;
377 <                xd = cos(phi) * zd;
378 <                yd = sin(phi) * zd;
379 <                zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
380 <                for (k = 0; k < 3; k++)
381 <                        ar.rdir[k] = xd*ux[k]+yd*uy[k]+zd*r->ron[k];
382 <                rayvalue(&ar);
383 <                if (ar.rot < FHUGE)
384 <                        arad += 1.0 / ar.rot;
385 <                                                /* recompute error */
386 <                copycolor(dnew.v, div[0].v);
387 <                addcolor(dnew.v, ar.rcol);
388 <                dnew.n = div[0].n + 1;
389 <                dnew.t = div[0].t; dnew.p = div[0].p;
390 <                b2 = bright(dnew.v)/dnew.n - bright(ar.rcol);
391 <                b2 = b2*b2 + div[0].k*(div[0].n*div[0].n);
392 <                dnew.k = b2/(dnew.n*dnew.n);
393 <                                                /* reinsert */
394 <                for (k = 0; k < ne-1 && dnew.k < div[k+1].k; k++)
395 <                        copystruct(&div[k], &div[k+1]);
396 <                copystruct(&div[k], &dnew);
397 <
398 <                if (ne >= i) {          /* extract darkest division */
399 <                        ne--;
400 <                        if (div[ne].n > 1)
401 <                                scalecolor(div[ne].v, 1.0/div[ne].n);
402 <                        addcolor(acol, div[ne].v);
403 <                }
404 <        }
405 <        scalecolor(acol, 1.0/ndivs);
406 <        if (arad <= FTINY)
407 <                arad = FHUGE;
408 <        else
409 <                arad = (ndivs+ns) / arad / sqrt(r->rweight);
410 <        if (arad > maxarad)
411 <                arad = maxarad;
412 <        else if (arad < minarad)
413 <                arad = minarad;
414 <        if (ns > 0)
415 <                free((char *)div);
416 <        return(arad);
328 >        copycolor(cr, ap->val);
329 >        scalecolor(cr, d);
330   }
331  
332  
420 – static int
421 – ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
422 – AMBSAMP  *d1, *d2;
423 – {
424 –        if (d1->k < d2->k)
425 –                return(1);
426 –        if (d1->k > d2->k)
427 –                return(-1);
428 –        return(0);
429 – }
430 –
431 –
333   static
334 < avsave(av)                              /* save an ambient value */
334 > avsave(av)                              /* insert and save an ambient value */
335   AMBVAL  *av;
336   {
436 – #ifdef  AMBFLUSH
337          static int  nunflshed = 0;
338 < #endif
338 >
339 >        avinsert(av, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
340          if (ambfp == NULL)
341                  return;
342 <        if (fwrite((char *)av, sizeof(AMBVAL), 1, ambfp) != 1)
342 >        if (writambval(av, ambfp) < 0)
343                  goto writerr;
443 – #ifdef  AMBFLUSH
344          if (++nunflshed >= AMBFLUSH) {
345 <                if (fflush(ambfp) == EOF)
345 >                if (ambsync() == EOF)
346                          goto writerr;
347                  nunflshed = 0;
348          }
449 – #endif
349          return;
350   writerr:
351          error(SYSTEM, "error writing ambient file");
# Line 487 | Line 386 | double  s;
386          return;
387   memerr:
388          error(SYSTEM, "out of memory in avinsert");
389 + }
390 +
391 +
392 + #include  <fcntl.h>
393 +
394 +
395 + static
396 + ambsync()                       /* synchronize ambient file */
397 + {
398 +        static FILE  *ambinp = NULL;
399 +        struct flock  fls;
400 +        AMBVAL  avs;
401 +        long  lastpos, flen;
402 +        register int  n;
403 +                                /* gain exclusive access */
404 +        fls.l_type = F_WRLCK;
405 +        fls.l_whence = 0;
406 +        fls.l_start = 0L;
407 +        fls.l_len = 0L;
408 +        if (fcntl(fileno(ambfp), F_SETLKW, &fls) < 0)
409 +                error(SYSTEM, "cannot lock ambient file");
410 +                                /* see if file has grown */
411 +        lastpos = lseek(fileno(ambfp), 0L, 2);  /* may move pointer */
412 +        flen = lseek(fileno(ambfp), 0L, 1);     /* new(?) file length */
413 +        if (n = (flen - lastpos)%AMBVALSIZ)     /* assure alignment */
414 +                lseek(fileno(ambfp), flen -= n, 0);
415 +        if (n = (flen - lastpos)/AMBVALSIZ) {   /* file has grown */
416 +                if (ambinp == NULL && (ambinp = fopen(afname, "r")) == NULL)
417 +                        error(SYSTEM, "cannot reopen ambient file");
418 +                fseek(ambinp, lastpos, 0);      /* go to previous position */
419 +                while (n--) {                   /* load contributed values */
420 +                        readambval(&avs, ambinp);
421 +                        avinsert(&avs,&atrunk,thescene.cuorg,thescene.cusize);
422 +                }
423 +        }
424 +        n = fflush(ambfp);                      /* calls write() at last */
425 +        fls.l_type = F_UNLCK;                   /* release file */
426 +        fcntl(fileno(ambfp), F_SETLKW, &fls);
427 +        return(n);
428   }

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