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

Comparing ray/src/rt/ambient.c (file contents):
Revision 1.12 by greg, Wed May 22 12:44:39 1991 UTC vs.
Revision 2.11 by greg, Thu Jul 16 19:44:46 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 7 | Line 7 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
7   /*
8   *  ambient.c - routines dealing with ambient (inter-reflected) component.
9   *
10 *  The macro AMBFLUSH (if defined) is the number of ambient values
11 *      to wait before flushing to the ambient file.
12 *
10   *     5/9/86
11   */
12  
# Line 19 | Line 16 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
16  
17   #include  "otypes.h"
18  
19 + #include  "ambient.h"
20 +
21   #include  "random.h"
22  
23   #define  OCTSCALE       0.5     /* ceil((valid rad.)/(cube size)) */
24  
25 + typedef struct ambtree {
26 +        AMBVAL  *alist;         /* ambient value list */
27 +        struct ambtree  *kid;   /* 8 child nodes */
28 + }  AMBTREE;                     /* ambient octree */
29 +
30   extern CUBE  thescene;          /* contains space boundaries */
31  
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
32   #define  MAXASET        511     /* maximum number of elements in ambient set */
33   OBJECT  ambset[MAXASET+1]={0};  /* ambient include/exclude set */
34  
35   double  maxarad;                /* maximum ambient radius */
36   double  minarad;                /* minimum ambient radius */
37  
43 typedef struct ambval {
44        FVECT  pos;             /* position in space */
45        FVECT  dir;             /* normal direction */
46        int  lvl;               /* recursion level of parent ray */
47        float  weight;          /* weight of parent ray */
48        COLOR  val;             /* computed ambient value */
49        float  rad;             /* validity radius */
50        struct ambval  *next;   /* next in list */
51 }  AMBVAL;                      /* ambient value */
52
53 typedef struct ambtree {
54        AMBVAL  *alist;         /* ambient value list */
55        struct ambtree  *kid;   /* 8 child nodes */
56 }  AMBTREE;                     /* ambient octree */
57
58 typedef struct {
59        float  k;               /* error contribution per sample */
60        COLOR  v;               /* ray sum */
61        int  n;                 /* number of samples */
62        short  t, p;            /* theta, phi indices */
63 }  AMBSAMP;                     /* ambient sample */
64
38   static AMBTREE  atrunk;         /* our ambient trunk node */
39  
40   static FILE  *ambfp = NULL;     /* ambient file pointer */
41  
42 + #define  AMBFLUSH       (BUFSIZ/AMBVALSIZ)
43 +
44   #define  newambval()    (AMBVAL *)bmalloc(sizeof(AMBVAL))
45  
46   #define  newambtree()   (AMBTREE *)calloc(8, sizeof(AMBTREE))
47  
48 < double  sumambient(), doambient(), makeambient();
48 > extern long  ftell(), lseek();
49 > static int  initambfile(), avsave(), avinsert(), ambsync();
50  
51  
52 + setambres(ar)                           /* set ambient resolution */
53 + int  ar;
54 + {
55 +                                                /* set min & max radii */
56 +        if (ar <= 0) {
57 +                minarad = 0.0;
58 +                maxarad = thescene.cusize / 2.0;
59 +        } else {
60 +                minarad = thescene.cusize / ar;
61 +                maxarad = 16.0 * minarad;               /* heuristic */
62 +                if (maxarad > thescene.cusize / 2.0)
63 +                        maxarad = thescene.cusize / 2.0;
64 +        }
65 +        if (maxarad <= FTINY)
66 +                maxarad = .001;
67 + }
68 +
69 +
70   setambient(afile)                       /* initialize calculation */
71   char  *afile;
72   {
73 <        long  ftell();
73 >        long  headlen;
74          AMBVAL  amb;
75 <
76 <        maxarad = thescene.cusize / 2.0;                /* maximum radius */
77 <                                                        /* minimum radius */
84 <        minarad = ambres > 0 ? thescene.cusize/ambres : 0.0;
85 <
86 <                                        /* open ambient file */
75 >                                                /* init ambient limits */
76 >        setambres(ambres);
77 >                                                /* open ambient file */
78          if (afile != NULL)
79                  if ((ambfp = fopen(afile, "r+")) != NULL) {
80 <                        while (fread((char *)&amb,sizeof(AMBVAL),1,ambfp) == 1)
80 >                        initambfile(0);
81 >                        headlen = ftell(ambfp);
82 >                        while (readambval(&amb, ambfp))
83                                  avinsert(&amb, &atrunk, thescene.cuorg,
84                                                  thescene.cusize);
85                                                          /* align */
86 <                        fseek(ambfp, -(ftell(ambfp)%sizeof(AMBVAL)), 1);
87 <                } else if ((ambfp = fopen(afile, "w")) == NULL) {
86 >                        fseek(ambfp, -((ftell(ambfp)-headlen)%AMBVALSIZ), 1);
87 >                } else if ((ambfp = fopen(afile, "w+")) != NULL)
88 >                        initambfile(1);
89 >                else {
90                          sprintf(errmsg, "cannot open ambient file \"%s\"",
91                                          afile);
92                          error(SYSTEM, errmsg);
# Line 126 | Line 121 | COLOR  acol;
121   register RAY  *r;
122   {
123          static int  rdepth = 0;                 /* ambient recursion */
124 <        double  wsum;
124 >        double  d;
125  
131        rdepth++;                               /* increment level */
132
126          if (ambdiv <= 0)                        /* no ambient calculation */
127                  goto dumbamb;
128                                                  /* check number of bounces */
129 <        if (rdepth > ambounce)
129 >        if (rdepth >= ambounce)
130                  goto dumbamb;
131                                                  /* check ambient list */
132          if (ambincl != -1 && r->ro != NULL &&
# Line 141 | Line 134 | register RAY  *r;
134                  goto dumbamb;
135  
136          if (ambacc <= FTINY) {                  /* no ambient storage */
137 <                if (doambient(acol, r) == 0.0)
137 >                rdepth++;
138 >                d = doambient(acol, r, r->rweight, NULL, NULL);
139 >                rdepth--;
140 >                if (d == 0.0)
141                          goto dumbamb;
142 <                goto done;
142 >                return;
143          }
144                                                  /* get ambient value */
145          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
146 <        wsum = sumambient(acol, r, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
147 <        if (wsum > FTINY)
148 <                scalecolor(acol, 1.0/wsum);
149 <        else if (makeambient(acol, r) == 0.0)
150 <                goto dumbamb;
151 <        goto done;
152 <
146 >        d = sumambient(acol, r, rdepth,
147 >                        &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
148 >        if (d > FTINY)
149 >                scalecolor(acol, 1.0/d);
150 >        else {
151 >                d = makeambient(acol, r, rdepth++);
152 >                rdepth--;
153 >        }
154 >        if (d > FTINY)
155 >                return;
156   dumbamb:                                        /* return global value */
157          copycolor(acol, ambval);
159 done:                                           /* must finish here! */
160        rdepth--;
158   }
159  
160  
161   double
162 < sumambient(acol, r, at, c0, s)          /* get interpolated ambient value */
162 > sumambient(acol, r, al, at, c0, s)      /* get interpolated ambient value */
163   COLOR  acol;
164   register RAY  *r;
165 + int  al;
166   AMBTREE  *at;
167   FVECT  c0;
168   double  s;
# Line 180 | Line 178 | double  s;
178          wsum = 0.0;
179          for (av = at->alist; av != NULL; av = av->next) {
180                  /*
181 <                 *  Ray strength test.
181 >                 *  Ambient level test.
182                   */
183 <                if (av->lvl > r->rlvl || av->weight < r->rweight-FTINY)
183 >                if (av->lvl > al || av->weight < r->rweight-FTINY)
184                          continue;
185                  /*
186                   *  Ambient radius test.
# Line 209 | Line 207 | double  s;
207                  for (j = 0; j < 3; j++)
208                          d += (r->rop[j] - av->pos[j]) *
209                                          (av->dir[j] + r->ron[j]);
210 <                if (d < -minarad)
210 >                if (d*0.5 < -minarad*ambacc-.001)
211                          continue;
212                  /*
213                   *  Jittering final test reduces image artifacts.
214                   */
215                  wt = sqrt(e1) + sqrt(e2);
216 <                wt *= .9 + .2*frandom();
216 >                wt *= .9 + .2*urand(9015+samplendx);
217                  if (wt > ambacc)
218                          continue;
219                  if (wt <= 1e-3)
# Line 223 | Line 221 | double  s;
221                  else
222                          wt = 1.0 / wt;
223                  wsum += wt;
224 <                copycolor(ct, av->val);
224 >                extambient(ct, av, r->rop, r->ron);
225                  scalecolor(ct, wt);
226                  addcolor(acol, ct);
227          }
# Line 242 | Line 240 | double  s;
240                                  break;
241                  }
242                  if (j == 3)
243 <                        wsum += sumambient(acol, r, at->kid+i, ck0, s);
243 >                        wsum += sumambient(acol, r, al, at->kid+i, ck0, s);
244          }
245          return(wsum);
246   }
247  
248  
249   double
250 < makeambient(acol, r)            /* make a new ambient value */
250 > makeambient(acol, r, al)        /* make a new ambient value */
251   COLOR  acol;
252   register RAY  *r;
253 + int  al;
254   {
255          AMBVAL  amb;
256 <
257 <        amb.rad = doambient(acol, r);           /* compute ambient */
256 >        FVECT   gp, gd;
257 >                                                /* compute weight */
258 >        amb.weight = pow(AVGREFL, (double)al);
259 >        if (r->rweight < 0.2*amb.weight)        /* heuristic */
260 >                amb.weight = r->rweight;
261 >                                                /* compute ambient */
262 >        amb.rad = doambient(acol, r, amb.weight, gp, gd);
263          if (amb.rad == 0.0)
264                  return(0.0);
265                                                  /* store it */
266          VCOPY(amb.pos, r->rop);
267          VCOPY(amb.dir, r->ron);
268 <        amb.lvl = r->rlvl;
265 <        amb.weight = r->rweight;
268 >        amb.lvl = al;
269          copycolor(amb.val, acol);
270 +        VCOPY(amb.gpos, gp);
271 +        VCOPY(amb.gdir, gd);
272                                                  /* insert into tree */
273 <        avinsert(&amb, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
269 <        avsave(&amb);                           /* write to file */
273 >        avsave(&amb);                           /* and save to file */
274          return(amb.rad);
275   }
276  
277  
278 < double
279 < doambient(acol, r)                      /* compute ambient component */
280 < COLOR  acol;
281 < register RAY  *r;
278 > extambient(cr, ap, pv, nv)              /* extrapolate value at pv, nv */
279 > COLOR  cr;
280 > register AMBVAL  *ap;
281 > FVECT  pv, nv;
282   {
283 <        extern int  ambcmp();
284 <        extern double  sin(), cos(), sqrt();
285 <        int  hlist[4];
282 <        double  phi, xd, yd, zd;
283 <        double  b, b2;
284 <        register AMBSAMP  *div;
285 <        AMBSAMP  dnew;
286 <        RAY  ar;
287 <        FVECT  ux, uy;
288 <        double  arad;
289 <        int  ndivs, nt, np, ns, ne, i, j;
290 <        register int  k;
283 >        FVECT  v1, v2;
284 >        register int  i;
285 >        double  d;
286  
287 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
288 <                                        /* set number of divisions */
289 <        nt = sqrt(ambdiv * r->rweight * 0.5) + 0.5;
290 <        np = 2 * nt;
291 <        ndivs = nt * np;
292 <                                        /* check first */
293 <        if (ndivs == 0 || rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
294 <                return(0.0);
295 <                                        /* set number of super-samples */
296 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
297 <        if (ns > 0) {
303 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
304 <                if (div == NULL)
305 <                        error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
287 >        d = 1.0;                        /* zeroeth order */
288 >                                        /* gradient due to translation */
289 >        for (i = 0; i < 3; i++)
290 >                d += ap->gpos[i]*(pv[i]-ap->pos[i]);
291 >                                        /* gradient due to rotation */
292 >        VCOPY(v1, ap->dir);
293 >        fcross(v2, v1, nv);
294 >        d += DOT(ap->gdir, v2);
295 >        if (d <= 0.0) {
296 >                setcolor(cr, 0.0, 0.0, 0.0);
297 >                return;
298          }
299 <                                        /* make axes */
300 <        uy[0] = uy[1] = uy[2] = 0.0;
309 <        for (k = 0; k < 3; k++)
310 <                if (r->ron[k] < 0.6 && r->ron[k] > -0.6)
311 <                        break;
312 <        uy[k] = 1.0;
313 <        fcross(ux, r->ron, uy);
314 <        normalize(ux);
315 <        fcross(uy, ux, r->ron);
316 <                                        /* set up urand */
317 <        hlist[0] = r->rno;
318 <                                                /* sample divisions */
319 <        arad = 0.0;
320 <        ne = 0;
321 <        for (i = 0; i < nt; i++) {
322 <                hlist[1] = i;
323 <                for (j = 0; j < np; j++) {
324 <                        rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5);        /* pretested */
325 <                        hlist[2] = j;
326 <                        hlist[3] = 0;
327 <                        zd = sqrt((i+urand(ilhash(hlist,4)))/nt);
328 <                        hlist[3] = 1;
329 <                        phi = 2.0*PI * (j+urand(ilhash(hlist,4)))/np;
330 <                        xd = cos(phi) * zd;
331 <                        yd = sin(phi) * zd;
332 <                        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
333 <                        for (k = 0; k < 3; k++)
334 <                                ar.rdir[k] = xd*ux[k]+yd*uy[k]+zd*r->ron[k];
335 <                        dimlist[ndims++] = i*np + j + 38813;
336 <                        rayvalue(&ar);
337 <                        ndims--;
338 <                        if (ar.rot < FHUGE)
339 <                                arad += 1.0 / ar.rot;
340 <                        if (ns > 0) {                   /* save division */
341 <                                div[ne].k = 0.0;
342 <                                copycolor(div[ne].v, ar.rcol);
343 <                                div[ne].n = 0;
344 <                                div[ne].t = i; div[ne].p = j;
345 <                                                        /* sum errors */
346 <                                b = bright(ar.rcol);
347 <                                if (i > 0) {            /* from above */
348 <                                        b2 = bright(div[ne-np].v) - b;
349 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
350 <                                        div[ne].k += b2;
351 <                                        div[ne].n++;
352 <                                        div[ne-np].k += b2;
353 <                                        div[ne-np].n++;
354 <                                }
355 <                                if (j > 0) {            /* from behind */
356 <                                        b2 = bright(div[ne-1].v) - b;
357 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
358 <                                        div[ne].k += b2;
359 <                                        div[ne].n++;
360 <                                        div[ne-1].k += b2;
361 <                                        div[ne-1].n++;
362 <                                }
363 <                                if (j == np-1) {        /* around */
364 <                                        b2 = bright(div[ne-(np-1)].v) - b;
365 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
366 <                                        div[ne].k += b2;
367 <                                        div[ne].n++;
368 <                                        div[ne-(np-1)].k += b2;
369 <                                        div[ne-(np-1)].n++;
370 <                                }
371 <                                ne++;
372 <                        } else
373 <                                addcolor(acol, ar.rcol);
374 <                }
375 <        }
376 <        for (k = 0; k < ne; k++) {              /* compute errors */
377 <                if (div[k].n > 1)
378 <                        div[k].k /= div[k].n;
379 <                div[k].n = 1;
380 <        }
381 <                                                /* sort the divisions */
382 <        qsort(div, ne, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);
383 <                                                /* skim excess */
384 <        while (ne > ns) {
385 <                ne--;
386 <                addcolor(acol, div[ne].v);
387 <        }
388 <                                                /* super-sample */
389 <        for (i = ns; i > 0; i--) {
390 <                rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5);        /* pretested */
391 <                hlist[1] = div[0].t;
392 <                hlist[2] = div[0].p;
393 <                hlist[3] = 0;
394 <                zd = sqrt((div[0].t+urand(ilhash(hlist,4)+div[0].n))/nt);
395 <                hlist[3] = 1;
396 <                phi = 2.0*PI * (div[0].p+urand(ilhash(hlist,4)+div[0].n))/np;
397 <                xd = cos(phi) * zd;
398 <                yd = sin(phi) * zd;
399 <                zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
400 <                for (k = 0; k < 3; k++)
401 <                        ar.rdir[k] = xd*ux[k]+yd*uy[k]+zd*r->ron[k];
402 <                dimlist[ndims++] = div[0].t*np + div[0].p + 38813;
403 <                rayvalue(&ar);
404 <                ndims--;
405 <                rayvalue(&ar);
406 <                if (ar.rot < FHUGE)
407 <                        arad += 1.0 / ar.rot;
408 <                                                /* recompute error */
409 <                copycolor(dnew.v, div[0].v);
410 <                addcolor(dnew.v, ar.rcol);
411 <                dnew.n = div[0].n + 1;
412 <                dnew.t = div[0].t; dnew.p = div[0].p;
413 <                b2 = bright(dnew.v)/dnew.n - bright(ar.rcol);
414 <                b2 = b2*b2 + div[0].k*(div[0].n*div[0].n);
415 <                dnew.k = b2/(dnew.n*dnew.n);
416 <                                                /* reinsert */
417 <                for (k = 0; k < ne-1 && dnew.k < div[k+1].k; k++)
418 <                        copystruct(&div[k], &div[k+1]);
419 <                copystruct(&div[k], &dnew);
420 <
421 <                if (ne >= i) {          /* extract darkest division */
422 <                        ne--;
423 <                        if (div[ne].n > 1)
424 <                                scalecolor(div[ne].v, 1.0/div[ne].n);
425 <                        addcolor(acol, div[ne].v);
426 <                }
427 <        }
428 <        scalecolor(acol, 1.0/ndivs);
429 <        if (arad <= FTINY)
430 <                arad = FHUGE;
431 <        else
432 <                arad = (ndivs+ns) / arad / sqrt(r->rweight);
433 <        if (arad > maxarad)
434 <                arad = maxarad;
435 <        else if (arad < minarad)
436 <                arad = minarad;
437 <        if (ns > 0)
438 <                free((char *)div);
439 <        return(arad);
299 >        copycolor(cr, ap->val);
300 >        scalecolor(cr, d);
301   }
302  
303  
304 < static int
305 < ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
306 < AMBSAMP  *d1, *d2;
304 > static
305 > initambfile(creat)              /* initialize ambient file */
306 > int  creat;
307   {
308 <        if (d1->k < d2->k)
309 <                return(1);
310 <        if (d1->k > d2->k)
311 <                return(-1);
312 <        return(0);
308 >        extern char  *progname, *octname, VersionID[];
309 >
310 >        setbuf(ambfp, bmalloc(BUFSIZ));
311 >        if (creat) {                    /* new file */
312 >                fprintf(ambfp, "%s -av %g %g %g -ab %d -aa %g ",
313 >                                progname, colval(ambval,RED),
314 >                                colval(ambval,GRN), colval(ambval,BLU),
315 >                                ambounce, ambacc);
316 >                fprintf(ambfp, "-ad %d -as %d -ar %d %s\n",
317 >                                ambdiv, ambssamp, ambres,
318 >                                octname==NULL ? "" : octname);
319 >                fprintf(ambfp, "SOFTWARE= %s\n", VersionID);
320 >                fputformat(AMBFMT, ambfp);
321 >                putc('\n', ambfp);
322 >                putambmagic(ambfp);
323 >                fflush(ambfp);
324 > #ifndef  NIX
325 >                sync();                 /* protect against NFS buffering */
326 > #endif
327 >        } else if (checkheader(ambfp, AMBFMT, NULL) < 0 || !hasambmagic(ambfp))
328 >                error(USER, "bad ambient file");
329   }
330  
331  
332   static
333 < avsave(av)                              /* save an ambient value */
333 > avsave(av)                              /* insert and save an ambient value */
334   AMBVAL  *av;
335   {
459 #ifdef  AMBFLUSH
336          static int  nunflshed = 0;
337 < #endif
337 >
338 >        avinsert(av, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
339          if (ambfp == NULL)
340                  return;
341 <        if (fwrite((char *)av, sizeof(AMBVAL), 1, ambfp) != 1)
341 >        if (writambval(av, ambfp) < 0)
342                  goto writerr;
466 #ifdef  AMBFLUSH
343          if (++nunflshed >= AMBFLUSH) {
344 <                if (fflush(ambfp) == EOF)
344 >                if (ambsync() == EOF)
345                          goto writerr;
346                  nunflshed = 0;
347          }
472 #endif
348          return;
349   writerr:
350          error(SYSTEM, "error writing ambient file");
# Line 511 | Line 386 | double  s;
386   memerr:
387          error(SYSTEM, "out of memory in avinsert");
388   }
389 +
390 +
391 + #ifdef  NIX
392 +
393 + static
394 + ambsync()                       /* flush ambient file */
395 + {
396 +        return(fflush(ambfp));
397 + }
398 +
399 + #else
400 +
401 + #include  <fcntl.h>
402 + #include  <sys/types.h>
403 + #include  <sys/stat.h>
404 +
405 + static
406 + ambsync()                       /* synchronize ambient file */
407 + {
408 +        static FILE  *ambinp = NULL;
409 +        struct flock  fls;
410 +        struct stat  sts;
411 +        AMBVAL  avs;
412 +        long  lastpos, flen;
413 +        register int  n;
414 +                                /* gain exclusive access */
415 +        fls.l_type = F_WRLCK;
416 +        fls.l_whence = 0;
417 +        fls.l_start = 0L;
418 +        fls.l_len = 0L;
419 +        if (fcntl(fileno(ambfp), F_SETLKW, &fls) < 0)
420 +                error(SYSTEM, "cannot lock ambient file");
421 +                                /* see if file has grown */
422 +        lastpos = lseek(fileno(ambfp), 0L, 1);  /* get previous position */
423 +        if (fstat(fileno(ambfp), &sts) < 0)     /* get current length */
424 +                error(SYSTEM, "cannot stat ambient file");
425 +        flen = sts.st_size;
426 +        if (n = (flen - lastpos)/AMBVALSIZ) {   /* file has grown */
427 +                if (ambinp == NULL)             /* use duplicate file */
428 +                        ambinp = fdopen(dup(fileno(ambfp)), "r");
429 +                while (n--) {                   /* load contributed values */
430 +                        readambval(&avs, ambinp);
431 +                        avinsert(&avs,&atrunk,thescene.cuorg,thescene.cusize);
432 +                }                               /* moves shared file pointer */
433 +                if (n = (flen - lastpos)%AMBVALSIZ)     /* alignment */
434 +                        lseek(fileno(ambfp), flen-n, 0);
435 +        }
436 +        n = fflush(ambfp);                      /* calls write() at last */
437 +        fls.l_type = F_UNLCK;                   /* release file */
438 +        fcntl(fileno(ambfp), F_SETLKW, &fls);
439 +        return(n);
440 + }
441 +
442 + #endif

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