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

Comparing ray/src/rt/ambient.c (file contents):
Revision 2.82 by greg, Sat Apr 26 02:59:16 2014 UTC vs.
Revision 2.116 by greg, Fri Jan 27 19:57:08 2023 UTC

# Line 1 | Line 1
1 #ifndef lint
1   static const char       RCSid[] = "$Id$";
3 #endif
2   /*
3   *  ambient.c - routines dealing with ambient (inter-reflected) component.
4   *
# Line 14 | Line 12 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
12   #include  "platform.h"
13   #include  "ray.h"
14   #include  "otypes.h"
15 + #include  "otspecial.h"
16   #include  "resolu.h"
17   #include  "ambient.h"
18   #include  "random.h"
19 + #include  "pmapamb.h"
20  
21   #ifndef  OCTSCALE
22   #define  OCTSCALE       1.0     /* ceil((valid rad.)/(cube size)) */
23   #endif
24  
25 extern char  *shm_boundary;     /* memory sharing boundary */
26
25   #ifndef  MAXASET
26   #define  MAXASET        4095    /* maximum number of elements in ambient set */
27   #endif
# Line 37 | Line 35 | static AMBTREE atrunk;         /* our ambient trunk node */
35   static FILE  *ambfp = NULL;     /* ambient file pointer */
36   static int  nunflshed = 0;      /* number of unflushed ambient values */
37  
40 #ifndef SORT_THRESH
41 #ifdef SMLMEM
42 #define SORT_THRESH     ((16L<<20)/sizeof(AMBVAL))
43 #else
44 #define SORT_THRESH     ((64L<<20)/sizeof(AMBVAL))
45 #endif
46 #endif
47 #ifndef SORT_INTVL
48 #define SORT_INTVL      (SORT_THRESH<<1)
49 #endif
50 #ifndef MAX_SORT_INTVL
51 #define MAX_SORT_INTVL  (SORT_INTVL<<6)
52 #endif
53
54
55 static double  qambacc = 0.;            /* ambient accuracy to the 1/4 power */
38   static double  avsum = 0.;              /* computed ambient value sum (log) */
39   static unsigned int  navsum = 0;        /* number of values in avsum */
40   static unsigned int  nambvals = 0;      /* total number of indirect values */
41   static unsigned int  nambshare = 0;     /* number of values from file */
60 static unsigned long  ambclock = 0;     /* ambient access clock */
61 static unsigned long  lastsort = 0;     /* time of last value sort */
62 static long  sortintvl = SORT_INTVL;    /* time until next sort */
42   static FILE  *ambinp = NULL;            /* auxiliary file for input */
43   static long  lastpos = -1;              /* last flush position */
44  
66 #define MAXACLOCK       (1L<<30)        /* clock turnover value */
67        /*
68         * Track access times unless we are sharing ambient values
69         * through memory on a multiprocessor, when we want to avoid
70         * claiming our own memory (copy on write).  Go ahead anyway
71         * if more than two thirds of our values are unshared.
72         * Compile with -Dtracktime=0 to turn this code off.
73         */
74 #ifndef tracktime
75 #define tracktime       (shm_boundary == NULL || nambvals > 3*nambshare)
76 #endif
77
45   #define  AMBFLUSH       (BUFSIZ/AMBVALSIZ)
46  
47   #define  newambval()    (AMBVAL *)malloc(sizeof(AMBVAL))
81 #define  freeav(av)     free((void *)av);
48  
49 + #define  tfunc(lwr, x, upr)     (((x)-(lwr))/((upr)-(lwr)))
50 +
51   static void initambfile(int creat);
52   static void avsave(AMBVAL *av);
53   static AMBVAL *avstore(AMBVAL  *aval);
# Line 88 | Line 56 | static void freeambtree(AMBTREE  *atp);
56  
57   typedef void unloadtf_t(AMBVAL *);
58   static unloadtf_t avinsert;
91 static unloadtf_t av2list;
59   static unloadtf_t avfree;
60   static void unloadatree(AMBTREE  *at, unloadtf_t *f);
61  
62 < static int aposcmp(const void *avp1, const void *avp2);
96 < static int avlmemi(AMBVAL *avaddr);
97 < static void sortambvals(int always);
62 > static void sortambvals(void);
63  
64 + static int      plugaleak(RAY *r, AMBVAL *ap, FVECT anorm, double ang);
65 + static double   sumambient(COLOR acol, RAY *r, FVECT rn, int al,
66 +                                AMBTREE *at, FVECT c0, double s);
67 + static int      makeambient(COLOR acol, RAY *r, FVECT rn, int al);
68 + static int      extambient(COLOR cr, AMBVAL *ap, FVECT pv, FVECT nv,
69 +                                FVECT uvw[3]);
70 +
71   #ifdef  F_SETLKW
72   static void aflock(int  typ);
73   #endif
# Line 110 | Line 82 | setambres(                             /* set ambient resolution */
82                                                  /* set min & max radii */
83          if (ar <= 0) {
84                  minarad = 0;
85 <                maxarad = thescene.cusize / 2.0;
85 >                maxarad = thescene.cusize*0.2;
86          } else {
87                  minarad = thescene.cusize / ar;
88 <                maxarad = 64 * minarad;                 /* heuristic */
89 <                if (maxarad > thescene.cusize / 2.0)
90 <                        maxarad = thescene.cusize / 2.0;
88 >                maxarad = 64.0 * minarad;               /* heuristic */
89 >                if (maxarad > thescene.cusize*0.2)
90 >                        maxarad = thescene.cusize*0.2;
91          }
92          if (minarad <= FTINY)
93 <                minarad = 10*FTINY;
93 >                minarad = 10.0*FTINY;
94          if (maxarad <= minarad)
95 <                maxarad = 64 * minarad;
95 >                maxarad = 64.0 * minarad;
96   }
97  
98  
# Line 129 | Line 101 | setambacc(                             /* set ambient accuracy */
101          double  newa
102   )
103   {
104 <        double  olda = qambacc*qambacc*qambacc*qambacc;
104 >        static double   olda;           /* remember previous setting here */
105          
106          newa *= (newa > 0);
107          if (fabs(newa - olda) >= .05*(newa + olda)) {
108 <                qambacc = sqrt(sqrt(ambacc = newa));
109 <                if (nambvals > 0)
110 <                        sortambvals(1);         /* rebuild tree */
108 >                ambacc = newa;
109 >                if (ambacc > FTINY && nambvals > 0)
110 >                        sortambvals();          /* rebuild tree */
111          }
112   }
113  
# Line 166 | Line 138 | setambient(void)                               /* initialize calculation */
138                  initambfile(0);                 /* file exists */
139                  lastpos = ftell(ambfp);
140                  while (readambval(&amb, ambfp))
141 <                        avinsert(avstore(&amb));
141 >                        avstore(&amb);
142                  nambshare = nambvals;           /* share loaded values */
143                  if (readonly) {
144                          sprintf(errmsg,
# Line 186 | Line 158 | setambient(void)                               /* initialize calculation */
158                                          (flen - lastpos)/AMBVALSIZ);
159                          error(WARNING, errmsg);
160                          fseek(ambfp, lastpos, SEEK_SET);
189 #ifndef _WIN32 /* XXX we need a replacement for that one */
161                          ftruncate(fileno(ambfp), (off_t)lastpos);
191 #endif
162                  }
163          } else if ((ambfp = fopen(ambfile, "w+")) != NULL) {
164                  initambfile(1);                 /* else create new file */
# Line 198 | Line 168 | setambient(void)                               /* initialize calculation */
168                  sprintf(errmsg, "cannot open ambient file \"%s\"", ambfile);
169                  error(SYSTEM, errmsg);
170          }
201 #ifdef getc_unlocked
202        flockfile(ambfp);                       /* application-level lock */
203 #endif
171   #ifdef  F_SETLKW
172          aflock(F_UNLCK);                        /* release file */
173   #endif
# Line 221 | Line 188 | ambdone(void)                  /* close ambient file and free memory
188                  lastpos = -1;
189          }
190                                          /* free ambient tree */
191 <        unloadatree(&atrunk, &avfree);
191 >        unloadatree(&atrunk, avfree);
192                                          /* reset state variables */
193          avsum = 0.;
194          navsum = 0;
195          nambvals = 0;
196          nambshare = 0;
230        ambclock = 0;
231        lastsort = 0;
232        sortintvl = SORT_INTVL;
197   }
198  
199  
# Line 262 | Line 226 | ambnotify(                     /* record new modifier */
226                  }
227   }
228  
265 /************ THE FOLLOWING ROUTINES DIFFER BETWEEN NEW & OLD ***************/
229  
267 #ifdef NEWAMB
268
269 #define tfunc(lwr, x, upr)      (((x)-(lwr))/((upr)-(lwr)))
270
271 static double   sumambient(COLOR acol, RAY *r, FVECT rn, int al,
272                                AMBTREE *at, FVECT c0, double s);
273 static int      makeambient(COLOR acol, RAY *r, FVECT rn, int al);
274 static void     extambient(COLOR cr, AMBVAL *ap, FVECT pv, FVECT nv,
275                                FVECT uvw[3]);
276
230   void
231   multambient(            /* compute ambient component & multiply by coef. */
232          COLOR  aval,
# Line 281 | Line 234 | multambient(           /* compute ambient component & multiply
234          FVECT  nrm
235   )
236   {
237 +        static double  logAvgAbsorp = 1;
238          static int  rdepth = 0;                 /* ambient recursion */
239 <        COLOR   acol;
240 <        int     ok;
239 >        COLOR   acol, caustic;
240 >        int     i, ok;
241          double  d, l;
242  
243 +        /* PMAP: Factor in ambient from photon map, if enabled and ray is
244 +         * ambient. Return as all ambient components accounted for, else
245 +         * continue. */
246 +        if (ambPmap(aval, r, rdepth))
247 +                return;
248 +
249 +        if (logAvgAbsorp > 0)                   /* exclude in -aw to avoid growth */
250 +                logAvgAbsorp = log(1.-AVGREFL);
251 +
252 +        /* PMAP: Factor in specular-diffuse ambient (caustics) from photon
253 +         * map, if enabled and ray is primary, else caustic is zero.  Continue
254 +         * with RADIANCE ambient calculation */
255 +        copycolor(caustic, aval);
256 +        ambPmapCaustic(caustic, r, rdepth);
257 +        
258          if (ambdiv <= 0)                        /* no ambient calculation */
259                  goto dumbamb;
260                                                  /* check number of bounces */
# Line 297 | Line 266 | multambient(           /* compute ambient component & multiply
266                  goto dumbamb;
267  
268          if (ambacc <= FTINY) {                  /* no ambient storage */
269 +                FVECT   uvd[2];
270 +                float   dgrad[2], *dgp = NULL;
271 +
272 +                if (nrm != r->ron && DOT(nrm,r->ron) < 0.9999)
273 +                        dgp = dgrad;            /* compute rotational grad. */
274                  copycolor(acol, aval);
275                  rdepth++;
276 <                ok = doambient(acol, r, r->rweight, NULL, NULL, NULL, NULL);
276 >                ok = doambient(acol, r, r->rweight,
277 >                                uvd, NULL, NULL, dgp, NULL);
278                  rdepth--;
279                  if (!ok)
280                          goto dumbamb;
281 +                if ((ok > 0) & (dgp != NULL)) { /* apply texture */
282 +                        FVECT   v1;
283 +                        VCROSS(v1, r->ron, nrm);
284 +                        d = 1.0;
285 +                        for (i = 3; i--; )
286 +                                d += v1[i] * (dgp[0]*uvd[0][i] + dgp[1]*uvd[1][i]);
287 +                        if (d >= 0.05)
288 +                                scalecolor(acol, d);
289 +                }
290                  copycolor(aval, acol);
291 +
292 +                /* PMAP: add in caustic */
293 +                addcolor(aval, caustic);
294                  return;
295          }
309
310        if (tracktime)                          /* sort to minimize thrashing */
311                sortambvals(0);
296                                                  /* interpolate ambient value */
297          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
298          d = sumambient(acol, r, nrm, rdepth,
299                          &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
300 +                        
301          if (d > FTINY) {
302                  d = 1.0/d;
303                  scalecolor(acol, d);
304                  multcolor(aval, acol);
305 +
306 +                /* PMAP: add in caustic */
307 +                addcolor(aval, caustic);
308                  return;
309          }
310 +        
311          rdepth++;                               /* need to cache new value */
312          ok = makeambient(acol, r, nrm, rdepth-1);
313          rdepth--;
314 +        
315          if (ok) {
316                  multcolor(aval, acol);          /* computed new value */
317 +
318 +                /* PMAP: add in caustic */
319 +                addcolor(aval, caustic);
320                  return;
321          }
322 +        
323   dumbamb:                                        /* return global value */
324          if ((ambvwt <= 0) | (navsum == 0)) {
325                  multcolor(aval, ambval);
326 +                
327 +                /* PMAP: add in caustic */
328 +                addcolor(aval, caustic);
329                  return;
330          }
331 <        l = bright(ambval);                     /* average in computations */
331 >        
332 >        l = bright(ambval);                     /* average in computations */  
333          if (l > FTINY) {
334 <                d = (log(l)*(double)ambvwt + avsum) /
334 >                d = (log(l)*(double)ambvwt + avsum + logAvgAbsorp*navsum) /
335                                  (double)(ambvwt + navsum);
336                  d = exp(d) / l;
337                  scalecolor(aval, d);
338                  multcolor(aval, ambval);        /* apply color of ambval */
339          } else {
340 <                d = exp( avsum / (double)navsum );
340 >                d = exp( avsum/(double)navsum + logAvgAbsorp );
341                  scalecolor(aval, d);            /* neutral color */
342          }
343   }
344  
345  
346 < double
346 > /* Plug a potential leak where ambient cache value is occluded */
347 > static int
348 > plugaleak(RAY *r, AMBVAL *ap, FVECT anorm, double ang)
349 > {
350 >        const double    cost70sq = 0.1169778;   /* cos(70deg)^2 */
351 >        RAY             rtst;
352 >        FVECT           vdif;
353 >        double          normdot, ndotd, nadotd;
354 >        double          a, b, c, t[2];
355 >
356 >        ang += 2.*PI*(ang < 0);                 /* check direction flags */
357 >        if ( !(ap->corral>>(int)(ang*(16./PI)) & 1) )
358 >                return(0);
359 >        /*
360 >         * Generate test ray, targeting 20 degrees above sample point plane
361 >         * along surface normal from cache position.  This should be high
362 >         * enough to miss local geometry we don't really care about.
363 >         */
364 >        VSUB(vdif, ap->pos, r->rop);
365 >        normdot = DOT(anorm, r->ron);
366 >        ndotd = DOT(vdif, r->ron);
367 >        nadotd = DOT(vdif, anorm);
368 >        a = normdot*normdot - cost70sq;
369 >        b = 2.0*(normdot*ndotd - nadotd*cost70sq);
370 >        c = ndotd*ndotd - DOT(vdif,vdif)*cost70sq;
371 >        if (quadratic(t, a, b, c) != 2)
372 >                return(1);                      /* should rarely happen */
373 >        if (t[1] <= FTINY)
374 >                return(0);                      /* should fail behind test */
375 >        rayorigin(&rtst, SHADOW, r, NULL);
376 >        VSUM(rtst.rdir, vdif, anorm, t[1]);     /* further dist. > plane */
377 >        rtst.rmax = normalize(rtst.rdir);       /* short ray test */
378 >        while (localhit(&rtst, &thescene)) {    /* check for occluder */
379 >                OBJREC  *m = findmaterial(rtst.ro);
380 >                if (m != NULL && !istransp(m->otype) && !isBSDFproxy(m) &&
381 >                                (rtst.clipset == NULL ||
382 >                                        !inset(rtst.clipset, rtst.ro->omod)))
383 >                        return(1);              /* plug light leak */
384 >                VCOPY(rtst.rorg, rtst.rop);     /* skip invisible surface */
385 >                rtst.rmax -= rtst.rot;
386 >                rayclear(&rtst);
387 >        }
388 >        return(0);                              /* seems we're OK */
389 > }
390 >
391 >
392 > static double
393   sumambient(             /* get interpolated ambient value */
394          COLOR  acol,
395          RAY  *r,
# Line 357 | Line 401 | sumambient(            /* get interpolated ambient value */
401   )
402   {                       /* initial limit is 10 degrees plus ambacc radians */
403          const double    minangle = 10.0 * PI/180.;
404 <        const double    maxangle = (minangle+ambacc-PI/2.)*pow(r->rweight,0.13)
361 <                                        + PI/2.;
404 >        double          maxangle = minangle + ambacc;
405          double          wsum = 0.0;
406          FVECT           ck0;
407          int             i, j;
408          AMBVAL          *av;
409 +
410 +        if (at->kid != NULL) {          /* sum children first */                                
411 +                s *= 0.5;
412 +                for (i = 0; i < 8; i++) {
413 +                        for (j = 0; j < 3; j++) {
414 +                                ck0[j] = c0[j];
415 +                                if (1<<j & i)
416 +                                        ck0[j] += s;
417 +                                if (r->rop[j] < ck0[j] - OCTSCALE*s)
418 +                                        break;
419 +                                if (r->rop[j] > ck0[j] + (1.0+OCTSCALE)*s)
420 +                                        break;
421 +                        }
422 +                        if (j == 3)
423 +                                wsum += sumambient(acol, r, rn, al,
424 +                                                        at->kid+i, ck0, s);
425 +                }
426 +                                        /* good enough? */
427 +                if (wsum >= 0.05 && s > minarad*10.0)
428 +                        return(wsum);
429 +        }
430 +                                        /* adjust maximum angle */
431 +        if (at->alist != NULL && (at->alist->lvl <= al) & (r->rweight < 0.6))
432 +                maxangle = (maxangle - PI/2.)*pow(r->rweight,0.13) + PI/2.;
433                                          /* sum this node */
434          for (av = at->alist; av != NULL; av = av->next) {
435 <                double  d, delta_r2, delta_t2;
435 >                double  u, v, d, delta_r2, delta_t2;
436                  COLOR   ct;
437                  FVECT   uvw[3];
371                                        /* record access */
372                if (tracktime)
373                        av->latick = ambclock;
438                  /*
439                   *  Ambient level test
440                   */
441 <                if (av->lvl > al)       /* list sorted, so this works */
441 >                if (av->lvl > al ||     /* list sorted, so this works */
442 >                                (av->lvl == al) & (av->weight < 0.9*r->rweight))
443                          break;
379                if (av->weight < 0.9*r->rweight)
380                        continue;
444                  /*
445                   *  Direction test using unperturbed normal
446                   */
# Line 391 | Line 454 | sumambient(            /* get interpolated ambient value */
454                  /*
455                   *  Modified ray behind test
456                   */
457 <                VSUB(ck0, av->pos, r->rop);
457 >                VSUB(ck0, r->rop, av->pos);
458                  d = DOT(ck0, uvw[2]);
459 <                if (d < -minarad*qambacc-.001)
459 >                if (d < -minarad*ambacc)
460                          continue;
461                  d /= av->rad[0];
462                  delta_t2 = d*d;
463 <                if (delta_t2 >= qambacc*qambacc)
463 >                if (delta_t2 >= ambacc*ambacc)
464                          continue;
465                  /*
466                   *  Elliptical radii test based on Hessian
467                   */
468                  decodedir(uvw[0], av->udir);
469                  VCROSS(uvw[1], uvw[2], uvw[0]);
470 <                d = DOT(ck0, uvw[0]) / av->rad[0];
470 >                d = (u = DOT(ck0, uvw[0])) / av->rad[0];
471                  delta_t2 += d*d;
472 <                d = DOT(ck0, uvw[1]) / av->rad[1];
472 >                d = (v = DOT(ck0, uvw[1])) / av->rad[1];
473                  delta_t2 += d*d;
474 <                if (delta_t2 >= qambacc*qambacc)
474 >                if (delta_t2 >= ambacc*ambacc)
475                          continue;
476                  /*
477 +                 *  Test for potential light leak
478 +                 */
479 +                if (av->corral && plugaleak(r, av, uvw[2], atan2a(v,u)))
480 +                        continue;
481 +                /*
482                   *  Extrapolate value and compute final weight (hat function)
483                   */
484 <                extambient(ct, av, r->rop, rn, uvw);
484 >                if (!extambient(ct, av, r->rop, rn, uvw))
485 >                        continue;
486                  d = tfunc(maxangle, sqrt(delta_r2), 0.0) *
487 <                        tfunc(qambacc, sqrt(delta_t2), 0.0);
487 >                        tfunc(ambacc, sqrt(delta_t2), 0.0);
488                  scalecolor(ct, d);
489                  addcolor(acol, ct);
490                  wsum += d;
491          }
423        if (at->kid == NULL)
424                return(wsum);
425                                        /* sum children */
426        s *= 0.5;
427        for (i = 0; i < 8; i++) {
428                for (j = 0; j < 3; j++) {
429                        ck0[j] = c0[j];
430                        if (1<<j & i)
431                                ck0[j] += s;
432                        if (r->rop[j] < ck0[j] - OCTSCALE*s)
433                                break;
434                        if (r->rop[j] > ck0[j] + (1.0+OCTSCALE)*s)
435                                break;
436                }
437                if (j == 3)
438                        wsum += sumambient(acol, r, rn, al,
439                                                at->kid+i, ck0, s);
440        }
492          return(wsum);
493   }
494  
495  
496 < int
496 > static int
497   makeambient(            /* make a new ambient value for storage */
498          COLOR  acol,
499          RAY  *r,
# Line 461 | Line 512 | makeambient(           /* make a new ambient value for storage
512                  amb.weight = 1.25*r->rweight;
513          setcolor(acol, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
514                                                  /* compute ambient */
515 <        i = doambient(acol, r, amb.weight, uvw, amb.rad, amb.gpos, amb.gdir);
515 >        i = doambient(acol, r, amb.weight,
516 >                        uvw, amb.rad, amb.gpos, amb.gdir, &amb.corral);
517          scalecolor(acol, 1./AVGREFL);           /* undo assumed reflectance */
518          if (i <= 0 || amb.rad[0] <= FTINY)      /* no Hessian or zero radius */
519                  return(i);
# Line 481 | Line 533 | makeambient(           /* make a new ambient value for storage
533   }
534  
535  
536 < void
536 > static int
537   extambient(             /* extrapolate value at pv, nv */
538          COLOR  cr,
539          AMBVAL   *ap,
# Line 490 | Line 542 | extambient(            /* extrapolate value at pv, nv */
542          FVECT  uvw[3]
543   )
544   {
545 +        const double    min_d = 0.05;
546 +        const double    max_d = 20.;
547          static FVECT    my_uvw[3];
548          FVECT           v1;
549          int             i;
# Line 509 | Line 563 | extambient(            /* extrapolate value at pv, nv */
563          for (i = 3; i--; )
564                  d += v1[i] * (ap->gdir[0]*uvw[0][i] + ap->gdir[1]*uvw[1][i]);
565          
566 <        if (d <= 0.0) {
567 <                setcolor(cr, 0.0, 0.0, 0.0);
568 <                return;
569 <        }
566 >        if (d < min_d)                  /* clamp min/max scaling */
567 >                d = min_d;
568 >        else if (d > max_d)
569 >                d = max_d;
570          copycolor(cr, ap->val);
571          scalecolor(cr, d);
572 +        return(d > min_d);
573   }
574  
575  
# Line 536 | Line 591 | avinsert(                              /* insert ambient value in our tree */
591          at = &atrunk;
592          VCOPY(ck0, thescene.cuorg);
593          s = thescene.cusize;
594 <        while (s*(OCTSCALE/2) > av->rad[1]*qambacc) {
594 >        while (s*(OCTSCALE/2) > av->rad[1]*ambacc) {
595                  if (at->kid == NULL)
596                          if ((at->kid = newambtree()) == NULL)
597                                  error(SYSTEM, "out of memory in avinsert");
# Line 551 | Line 606 | avinsert(                              /* insert ambient value in our tree */
606          }
607          avh.next = at->alist;           /* order by increasing level */
608          for (ap = &avh; ap->next != NULL; ap = ap->next)
609 <                if (ap->next->lvl >= av->lvl)
609 >                if ( ap->next->lvl > av->lvl ||
610 >                                (ap->next->lvl == av->lvl) &
611 >                                (ap->next->weight <= av->weight) )
612                          break;
613          av->next = ap->next;
614          ap->next = (AMBVAL*)av;
# Line 559 | Line 616 | avinsert(                              /* insert ambient value in our tree */
616   }
617  
618  
562 #else /* ! NEWAMB */
563
564 static double   sumambient(COLOR acol, RAY *r, FVECT rn, int al,
565                                AMBTREE *at, FVECT c0, double s);
566 static double   makeambient(COLOR acol, RAY *r, FVECT rn, int al);
567 static void     extambient(COLOR cr, AMBVAL *ap, FVECT pv, FVECT nv);
568
569
570 void
571 multambient(            /* compute ambient component & multiply by coef. */
572        COLOR  aval,
573        RAY  *r,
574        FVECT  nrm
575 )
576 {
577        static int  rdepth = 0;                 /* ambient recursion */
578        COLOR   acol;
579        double  d, l;
580
581        if (ambdiv <= 0)                        /* no ambient calculation */
582                goto dumbamb;
583                                                /* check number of bounces */
584        if (rdepth >= ambounce)
585                goto dumbamb;
586                                                /* check ambient list */
587        if (ambincl != -1 && r->ro != NULL &&
588                        ambincl != inset(ambset, r->ro->omod))
589                goto dumbamb;
590
591        if (ambacc <= FTINY) {                  /* no ambient storage */
592                copycolor(acol, aval);
593                rdepth++;
594                d = doambient(acol, r, r->rweight, NULL, NULL);
595                rdepth--;
596                if (d <= FTINY)
597                        goto dumbamb;
598                copycolor(aval, acol);
599                return;
600        }
601
602        if (tracktime)                          /* sort to minimize thrashing */
603                sortambvals(0);
604                                                /* interpolate ambient value */
605        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
606        d = sumambient(acol, r, nrm, rdepth,
607                        &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
608        if (d > FTINY) {
609                d = 1.0/d;
610                scalecolor(acol, d);
611                multcolor(aval, acol);
612                return;
613        }
614        rdepth++;                               /* need to cache new value */
615        d = makeambient(acol, r, nrm, rdepth-1);
616        rdepth--;
617        if (d > FTINY) {
618                multcolor(aval, acol);          /* got new value */
619                return;
620        }
621 dumbamb:                                        /* return global value */
622        if ((ambvwt <= 0) | (navsum == 0)) {
623                multcolor(aval, ambval);
624                return;
625        }
626        l = bright(ambval);                     /* average in computations */
627        if (l > FTINY) {
628                d = (log(l)*(double)ambvwt + avsum) /
629                                (double)(ambvwt + navsum);
630                d = exp(d) / l;
631                scalecolor(aval, d);
632                multcolor(aval, ambval);        /* apply color of ambval */
633        } else {
634                d = exp( avsum / (double)navsum );
635                scalecolor(aval, d);            /* neutral color */
636        }
637 }
638
639
640 static double
641 sumambient(     /* get interpolated ambient value */
642        COLOR  acol,
643        RAY  *r,
644        FVECT  rn,
645        int  al,
646        AMBTREE  *at,
647        FVECT  c0,
648        double  s
649 )
650 {
651        double  d, e1, e2, wt, wsum;
652        COLOR  ct;
653        FVECT  ck0;
654        int  i;
655        int  j;
656        AMBVAL   *av;
657
658        wsum = 0.0;
659                                        /* do this node */
660        for (av = at->alist; av != NULL; av = av->next) {
661                double  rn_dot = -2.0;
662                if (tracktime)
663                        av->latick = ambclock;
664                /*
665                 *  Ambient level test.
666                 */
667                if (av->lvl > al)       /* list sorted, so this works */
668                        break;
669                if (av->weight < 0.9*r->rweight)
670                        continue;
671                /*
672                 *  Ambient radius test.
673                 */
674                VSUB(ck0, av->pos, r->rop);
675                e1 = DOT(ck0, ck0) / (av->rad * av->rad);
676                if (e1 > ambacc*ambacc*1.21)
677                        continue;
678                /*
679                 *  Direction test using closest normal.
680                 */
681                d = DOT(av->dir, r->ron);
682                if (rn != r->ron) {
683                        rn_dot = DOT(av->dir, rn);
684                        if (rn_dot > 1.0-FTINY)
685                                rn_dot = 1.0-FTINY;
686                        if (rn_dot >= d-FTINY) {
687                                d = rn_dot;
688                                rn_dot = -2.0;
689                        }
690                }
691                e2 = (1.0 - d) * r->rweight;
692                if (e2 < 0.0)
693                        e2 = 0.0;
694                else if (e1 + e2 > ambacc*ambacc*1.21)
695                        continue;
696                /*
697                 *  Ray behind test.
698                 */
699                d = 0.0;
700                for (j = 0; j < 3; j++)
701                        d += (r->rop[j] - av->pos[j]) *
702                                        (av->dir[j] + r->ron[j]);
703                if (d*0.5 < -minarad*ambacc-.001)
704                        continue;
705                /*
706                 *  Jittering final test reduces image artifacts.
707                 */
708                e1 = sqrt(e1);
709                e2 = sqrt(e2);
710                wt = e1 + e2;
711                if (wt > ambacc*(.9+.2*urand(9015+samplendx)))
712                        continue;
713                /*
714                 *  Recompute directional error using perturbed normal
715                 */
716                if (rn_dot > 0.0) {
717                        e2 = sqrt((1.0 - rn_dot)*r->rweight);
718                        wt = e1 + e2;
719                }
720                if (wt <= 1e-3)
721                        wt = 1e3;
722                else
723                        wt = 1.0 / wt;
724                wsum += wt;
725                extambient(ct, av, r->rop, rn);
726                scalecolor(ct, wt);
727                addcolor(acol, ct);
728        }
729        if (at->kid == NULL)
730                return(wsum);
731                                        /* do children */
732        s *= 0.5;
733        for (i = 0; i < 8; i++) {
734                for (j = 0; j < 3; j++) {
735                        ck0[j] = c0[j];
736                        if (1<<j & i)
737                                ck0[j] += s;
738                        if (r->rop[j] < ck0[j] - OCTSCALE*s)
739                                break;
740                        if (r->rop[j] > ck0[j] + (1.0+OCTSCALE)*s)
741                                break;
742                }
743                if (j == 3)
744                        wsum += sumambient(acol, r, rn, al,
745                                                at->kid+i, ck0, s);
746        }
747        return(wsum);
748 }
749
750
751 static double
752 makeambient(            /* make a new ambient value for storage */
753        COLOR  acol,
754        RAY  *r,
755        FVECT  rn,
756        int  al
757 )
758 {
759        AMBVAL  amb;
760        FVECT   gp, gd;
761        int     i;
762
763        amb.weight = 1.0;                       /* compute weight */
764        for (i = al; i-- > 0; )
765                amb.weight *= AVGREFL;
766        if (r->rweight < 0.1*amb.weight)        /* heuristic override */
767                amb.weight = 1.25*r->rweight;
768        setcolor(acol, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
769                                                /* compute ambient */
770        amb.rad = doambient(acol, r, amb.weight, gp, gd);
771        if (amb.rad <= FTINY) {
772                setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
773                return(0.0);
774        }
775        scalecolor(acol, 1./AVGREFL);           /* undo assumed reflectance */
776                                                /* store value */
777        VCOPY(amb.pos, r->rop);
778        VCOPY(amb.dir, r->ron);
779        amb.lvl = al;
780        copycolor(amb.val, acol);
781        VCOPY(amb.gpos, gp);
782        VCOPY(amb.gdir, gd);
783                                                /* insert into tree */
784        avsave(&amb);                           /* and save to file */
785        if (rn != r->ron)
786                extambient(acol, &amb, r->rop, rn);     /* texture */
787        return(amb.rad);
788 }
789
790
619   static void
792 extambient(             /* extrapolate value at pv, nv */
793        COLOR  cr,
794        AMBVAL   *ap,
795        FVECT  pv,
796        FVECT  nv
797 )
798 {
799        FVECT  v1;
800        int  i;
801        double  d;
802
803        d = 1.0;                        /* zeroeth order */
804                                        /* gradient due to translation */
805        for (i = 0; i < 3; i++)
806                d += ap->gpos[i]*(pv[i]-ap->pos[i]);
807                                        /* gradient due to rotation */
808        VCROSS(v1, ap->dir, nv);
809        d += DOT(ap->gdir, v1);
810        if (d <= 0.0) {
811                setcolor(cr, 0.0, 0.0, 0.0);
812                return;
813        }
814        copycolor(cr, ap->val);
815        scalecolor(cr, d);
816 }
817
818
819 static void
820 avinsert(                               /* insert ambient value in our tree */
821        AMBVAL *av
822 )
823 {
824        AMBTREE  *at;
825        AMBVAL  *ap;
826        AMBVAL  avh;
827        FVECT  ck0;
828        double  s;
829        int  branch;
830        int  i;
831
832        if (av->rad <= FTINY)
833                error(CONSISTENCY, "zero ambient radius in avinsert");
834        at = &atrunk;
835        VCOPY(ck0, thescene.cuorg);
836        s = thescene.cusize;
837        while (s*(OCTSCALE/2) > av->rad*ambacc) {
838                if (at->kid == NULL)
839                        if ((at->kid = newambtree()) == NULL)
840                                error(SYSTEM, "out of memory in avinsert");
841                s *= 0.5;
842                branch = 0;
843                for (i = 0; i < 3; i++)
844                        if (av->pos[i] > ck0[i] + s) {
845                                ck0[i] += s;
846                                branch |= 1 << i;
847                        }
848                at = at->kid + branch;
849        }
850        avh.next = at->alist;           /* order by increasing level */
851        for (ap = &avh; ap->next != NULL; ap = ap->next)
852                if (ap->next->lvl >= av->lvl)
853                        break;
854        av->next = ap->next;
855        ap->next = (AMBVAL*)av;
856        at->alist = avh.next;
857 }
858
859 #endif  /* ! NEWAMB */
860
861 /************* FOLLOWING ROUTINES SAME FOR NEW & OLD METHODS ***************/
862
863 static void
620   initambfile(            /* initialize ambient file */
621          int  cre8
622   )
# Line 883 | Line 639 | initambfile(           /* initialize ambient file */
639                                  ambvwt, ambounce, ambacc);
640                  fprintf(ambfp, "-ad %d -as %d -ar %d ",
641                                  ambdiv, ambssamp, ambres);
642 +                fprintf(ambfp, "-dr %d -ds %g -dt %g -dc %g ", directrelay,
643 +                                srcsizerat, shadthresh, shadcert);
644 +                fprintf(ambfp, "-ss %g -st %g -lr %d -lw %g ", specjitter,
645 +                                specthresh, maxdepth, minweight);
646                  if (octname != NULL)
647                          fputs(octname, ambfp);
648                  fputc('\n', ambfp);
# Line 901 | Line 661 | avsave(                                /* insert and save an ambient value */
661          AMBVAL  *av
662   )
663   {
664 <        avinsert(avstore(av));
664 >        avstore(av);
665          if (ambfp == NULL)
666                  return;
667          if (writambval(av, ambfp) < 0)
# Line 916 | Line 676 | writerr:
676  
677  
678   static AMBVAL *
679 < avstore(                                /* allocate memory and store aval */
679 > avstore(                                /* allocate memory and save aval */
680          AMBVAL  *aval
681   )
682   {
# Line 926 | Line 686 | avstore(                               /* allocate memory and store aval */
686          if ((av = newambval()) == NULL)
687                  error(SYSTEM, "out of memory in avstore");
688          *av = *aval;
929        av->latick = ambclock;
689          av->next = NULL;
690          nambvals++;
691          d = bright(av->val);
# Line 934 | Line 693 | avstore(                               /* allocate memory and store aval */
693                  avsum += log(d);
694                  navsum++;
695          }
696 +        avinsert(av);                   /* insert in our cache tree */
697          return(av);
698   }
699  
# Line 960 | Line 720 | newambtree(void)                               /* allocate 8 ambient tree structs
720          }
721          atp = atfreelist;
722          atfreelist = atp->kid;
723 <        memset((char *)atp, '\0', 8*sizeof(AMBTREE));
723 >        memset(atp, 0, 8*sizeof(AMBTREE));
724          return(atp);
725   }
726  
# Line 986 | Line 746 | unloadatree(                   /* unload an ambient value tree */
746                                          /* transfer values at this node */
747          for (av = at->alist; av != NULL; av = at->alist) {
748                  at->alist = av->next;
749 +                av->next = NULL;
750                  (*f)(av);
751          }
752          if (at->kid == NULL)
# Line 997 | Line 758 | unloadatree(                   /* unload an ambient value tree */
758   }
759  
760  
1000 static struct avl {
1001        AMBVAL  *p;
1002        unsigned long   t;
1003 }       *avlist1;                       /* ambient value list with ticks */
1004 static AMBVAL   **avlist2;              /* memory positions for sorting */
1005 static int      i_avlist;               /* index for lists */
1006
1007 static int alatcmp(const void *av1, const void *av2);
1008
761   static void
762   avfree(AMBVAL *av)
763   {
764          free(av);
765   }
766  
767 +
768   static void
769 < av2list(
1017 <        AMBVAL *av
1018 < )
769 > sortambvals(void)                       /* resort ambient values */
770   {
771 < #ifdef DEBUG
1021 <        if (i_avlist >= nambvals)
1022 <                error(CONSISTENCY, "too many ambient values in av2list1");
1023 < #endif
1024 <        avlist1[i_avlist].p = avlist2[i_avlist] = (AMBVAL*)av;
1025 <        avlist1[i_avlist++].t = av->latick;
1026 < }
771 >        AMBTREE  oldatrunk = atrunk;
772  
773 <
774 < static int
775 < alatcmp(                        /* compare ambient values for MRA */
1031 <        const void *av1,
1032 <        const void *av2
1033 < )
1034 < {
1035 <        long  lc = ((struct avl *)av2)->t - ((struct avl *)av1)->t;
1036 <        return(lc<0 ? -1 : lc>0 ? 1 : 0);
773 >        atrunk.alist = NULL;
774 >        atrunk.kid = NULL;
775 >        unloadatree(&oldatrunk, avinsert);
776   }
777  
778  
1040 /* GW NOTE 2002/10/3:
1041 * I used to compare AMBVAL pointers, but found that this was the
1042 * cause of a serious consistency error with gcc, since the optimizer
1043 * uses some dangerous trick in pointer subtraction that
1044 * assumes pointers differ by exact struct size increments.
1045 */
1046 static int
1047 aposcmp(                        /* compare ambient value positions */
1048        const void      *avp1,
1049        const void      *avp2
1050 )
1051 {
1052        long    diff = *(char * const *)avp1 - *(char * const *)avp2;
1053        if (diff < 0)
1054                return(-1);
1055        return(diff > 0);
1056 }
1057
1058
1059 static int
1060 avlmemi(                                /* find list position from address */
1061        AMBVAL  *avaddr
1062 )
1063 {
1064        AMBVAL  **avlpp;
1065
1066        avlpp = (AMBVAL **)bsearch((char *)&avaddr, (char *)avlist2,
1067                        nambvals, sizeof(AMBVAL *), &aposcmp);
1068        if (avlpp == NULL)
1069                error(CONSISTENCY, "address not found in avlmemi");
1070        return(avlpp - avlist2);
1071 }
1072
1073
1074 static void
1075 sortambvals(                    /* resort ambient values */
1076        int     always
1077 )
1078 {
1079        AMBTREE  oldatrunk;
1080        AMBVAL  tav, *tap, *pnext;
1081        int     i, j;
1082                                        /* see if it's time yet */
1083        if (!always && (ambclock++ < lastsort+sortintvl ||
1084                        nambvals < SORT_THRESH))
1085                return;
1086        /*
1087         * The idea here is to minimize memory thrashing
1088         * in VM systems by improving reference locality.
1089         * We do this by periodically sorting our stored ambient
1090         * values in memory in order of most recently to least
1091         * recently accessed.  This ordering was chosen so that new
1092         * ambient values (which tend to be less important) go into
1093         * higher memory with the infrequently accessed values.
1094         *      Since we expect our values to need sorting less
1095         * frequently as the process continues, we double our
1096         * waiting interval after each call.
1097         *      This routine is also called by setambacc() with
1098         * the "always" parameter set to 1 so that the ambient
1099         * tree will be rebuilt with the new accuracy parameter.
1100         */
1101        if (tracktime) {                /* allocate pointer arrays to sort */
1102                avlist2 = (AMBVAL **)malloc(nambvals*sizeof(AMBVAL *));
1103                avlist1 = (struct avl *)malloc(nambvals*sizeof(struct avl));
1104        } else {
1105                avlist2 = NULL;
1106                avlist1 = NULL;
1107        }
1108        if (avlist1 == NULL) {          /* no time tracking -- rebuild tree? */
1109                if (avlist2 != NULL)
1110                        free((void *)avlist2);
1111                if (always) {           /* rebuild without sorting */
1112                        oldatrunk = atrunk;
1113                        atrunk.alist = NULL;
1114                        atrunk.kid = NULL;
1115                        unloadatree(&oldatrunk, &avinsert);
1116                }
1117        } else {                        /* sort memory by last access time */
1118                /*
1119                 * Sorting memory is tricky because it isn't contiguous.
1120                 * We have to sort an array of pointers by MRA and also
1121                 * by memory position.  We then copy values in "loops"
1122                 * to minimize memory hits.  Nevertheless, we will visit
1123                 * everyone at least twice, and this is an expensive process
1124                 * when we're thrashing, which is when we need to do it.
1125                 */
1126 #ifdef DEBUG
1127                sprintf(errmsg, "sorting %u ambient values at ambclock=%lu...",
1128                                nambvals, ambclock);
1129                eputs(errmsg);
1130 #endif
1131                i_avlist = 0;
1132                unloadatree(&atrunk, &av2list); /* empty current tree */
1133 #ifdef DEBUG
1134                if (i_avlist < nambvals)
1135                        error(CONSISTENCY, "missing ambient values in sortambvals");
1136 #endif
1137                qsort((char *)avlist1, nambvals, sizeof(struct avl), &alatcmp);
1138                qsort((char *)avlist2, nambvals, sizeof(AMBVAL *), &aposcmp);
1139                for (i = 0; i < nambvals; i++) {
1140                        if (avlist1[i].p == NULL)
1141                                continue;
1142                        tap = avlist2[i];
1143                        tav = *tap;
1144                        for (j = i; (pnext = avlist1[j].p) != tap;
1145                                        j = avlmemi(pnext)) {
1146                                *(avlist2[j]) = *pnext;
1147                                avinsert(avlist2[j]);
1148                                avlist1[j].p = NULL;
1149                        }
1150                        *(avlist2[j]) = tav;
1151                        avinsert(avlist2[j]);
1152                        avlist1[j].p = NULL;
1153                }
1154                free((void *)avlist1);
1155                free((void *)avlist2);
1156                                                /* compute new sort interval */
1157                sortintvl = ambclock - lastsort;
1158                if (sortintvl >= MAX_SORT_INTVL/2)
1159                        sortintvl = MAX_SORT_INTVL;
1160                else
1161                        sortintvl <<= 1;        /* wait twice as long next */
1162 #ifdef DEBUG
1163                eputs("done\n");
1164 #endif
1165        }
1166        if (ambclock >= MAXACLOCK)
1167                ambclock = MAXACLOCK/2;
1168        lastsort = ambclock;
1169 }
1170
1171
779   #ifdef  F_SETLKW
780  
781   static void
# Line 1180 | Line 787 | aflock(                        /* lock/unlock ambient file */
787  
788          if (typ == fls.l_type)          /* already called? */
789                  return;
790 +
791          fls.l_type = typ;
792 <        if (fcntl(fileno(ambfp), F_SETLKW, &fls) < 0)
793 <                error(SYSTEM, "cannot (un)lock ambient file");
792 >        do
793 >                if (fcntl(fileno(ambfp), F_SETLKW, &fls) != -1)
794 >                        return;
795 >        while (errno == EINTR);
796 >        
797 >        error(SYSTEM, "cannot (un)lock ambient file");
798   }
799  
800  
# Line 1201 | Line 813 | ambsync(void)                  /* synchronize ambient file */
813          if ((flen = lseek(fileno(ambfp), (off_t)0, SEEK_END)) < 0)
814                  goto seekerr;
815          if ((n = flen - lastpos) > 0) {         /* file has grown */
816 <                if (ambinp == NULL) {           /* use duplicate filedes */
817 <                        ambinp = fdopen(dup(fileno(ambfp)), "r");
816 >                if (ambinp == NULL) {           /* get new file pointer */
817 >                        ambinp = fopen(ambfile, "rb");
818                          if (ambinp == NULL)
819 <                                error(SYSTEM, "fdopen failed in ambsync");
819 >                                error(SYSTEM, "fopen failed in ambsync");
820                  }
821                  if (fseek(ambinp, lastpos, SEEK_SET) < 0)
822                          goto seekerr;
# Line 1216 | Line 828 | ambsync(void)                  /* synchronize ambient file */
828                                  error(WARNING, errmsg);
829                                  break;
830                          }
831 <                        avinsert(avstore(&avs));
831 >                        avstore(&avs);
832                          n -= AMBVALSIZ;
833                  }
834 <                lastpos = flen - n;
835 <                /*** seek always as safety measure
836 <                if (n) ***/                     /* alignment */
1225 <                        if (lseek(fileno(ambfp), (off_t)lastpos, SEEK_SET) < 0)
1226 <                                goto seekerr;
834 >                lastpos = flen - n;             /* check alignment */
835 >                if (n && lseek(fileno(ambfp), (off_t)lastpos, SEEK_SET) < 0)
836 >                        goto seekerr;
837          }
838          n = fflush(ambfp);                      /* calls write() at last */
839 <        if (n != EOF)
1230 <                lastpos += (long)nunflshed*AMBVALSIZ;
1231 <        else if ((lastpos = lseek(fileno(ambfp), (off_t)0, SEEK_CUR)) < 0)
1232 <                goto seekerr;
1233 <                
839 >        lastpos += (long)nunflshed*AMBVALSIZ;
840          aflock(F_UNLCK);                        /* release file */
841          nunflshed = 0;
842          return(n);
843   seekerr:
844          error(SYSTEM, "seek failed in ambsync");
845 <        return -1; /* pro forma return */
845 >        return(EOF);    /* pro forma return */
846   }
847  
848   #else   /* ! F_SETLKW */

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