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

Comparing ray/src/rt/ambient.c (file contents):
Revision 1.4 by greg, Tue May 30 11:06:29 1989 UTC vs.
Revision 2.6 by greg, Thu Jul 16 12:09:08 1992 UTC

# Line 1 | Line 1
1 < /* Copyright (c) 1986 Regents of the University of California */
1 > /* Copyright (c) 1991 Regents of the University of California */
2  
3   #ifndef lint
4   static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
# Line 17 | Line 17 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
17  
18   #include  "octree.h"
19  
20 + #include  "otypes.h"
21 +
22 + #include  "ambient.h"
23 +
24   #include  "random.h"
25  
26   #define  OCTSCALE       0.5     /* ceil((valid rad.)/(cube size)) */
27  
24 – extern CUBE  thescene;          /* contains space boundaries */
25 –
26 – extern COLOR  ambval;           /* global ambient component */
27 – extern double  ambacc;          /* ambient accuracy */
28 – extern int  ambres;             /* ambient resolution */
29 – extern int  ambdiv;             /* number of divisions for calculation */
30 – extern int  ambssamp;           /* number of super-samples */
31 – extern int  ambounce;           /* number of ambient bounces */
32 – extern char  *amblist[];        /* ambient include/exclude list */
33 – extern int  ambincl;            /* include == 1, exclude == 0 */
34 –
35 – OBJECT  ambset[128];            /* ambient include/exclude set */
36 –
37 – double  maxarad;                /* maximum ambient radius */
38 – double  minarad;                /* minimum ambient radius */
39 –
40 – typedef struct ambval {
41 –        FVECT  pos;             /* position in space */
42 –        FVECT  dir;             /* normal direction */
43 –        int  lvl;               /* recursion level of parent ray */
44 –        float  weight;          /* weight of parent ray */
45 –        COLOR  val;             /* computed ambient value */
46 –        float  rad;             /* validity radius */
47 –        struct ambval  *next;   /* next in list */
48 – }  AMBVAL;                      /* ambient value */
49 –
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 {
56 <        float  k;               /* error contribution per sample */
57 <        COLOR  v;               /* ray sum */
58 <        int  n;                 /* number of samples */
59 <        short  t, p;            /* theta, phi indices */
60 < }  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 int  ambheadlen;         /* length of ambient file header */
45  
46 + #define  AMBFLUSH       (BUFSIZ/AMBVALSIZ)
47 +
48   #define  newambval()    (AMBVAL *)bmalloc(sizeof(AMBVAL))
49  
50   #define  newambtree()   (AMBTREE *)calloc(8, sizeof(AMBTREE))
51  
70 – double  sumambient(), doambient(), makeambient();
52  
53 + setambres(ar)                           /* set ambient resolution */
54 + int  ar;
55 + {
56 +                                                /* set min & max radii */
57 +        if (ar <= 0) {
58 +                minarad = 0.0;
59 +                maxarad = thescene.cusize / 2.0;
60 +        } else {
61 +                minarad = thescene.cusize / ar;
62 +                maxarad = 16.0 * minarad;               /* heuristic */
63 +                if (maxarad > thescene.cusize / 2.0)
64 +                        maxarad = thescene.cusize / 2.0;
65 +        }
66 +        if (maxarad <= FTINY)
67 +                maxarad = .001;
68 + }
69  
70 +
71   setambient(afile)                       /* initialize calculation */
72   char  *afile;
73   {
74 <        long  ftell();
77 <        char  **amblp;
78 <        OBJECT  obj;
74 >        extern long  ftell();
75          AMBVAL  amb;
76 <                                        /* set up ambient set */
77 <        ambset[0] = 0;
78 <        for (amblp = amblist; *amblp != NULL; amblp++) {
83 <                if ((obj = modifier(*amblp)) == OVOID) {
84 <                        sprintf(errmsg, "unknown %s modifier \"%s\"",
85 <                                ambincl ? "include" : "exclude", *amblp);
86 <                        error(WARNING, errmsg);
87 <                        continue;
88 <                }
89 <                if (!inset(ambset, obj))
90 <                        insertelem(ambset, obj);
91 <        }
92 <        maxarad = thescene.cusize / 2.0;                /* maximum radius */
93 <                                                        /* minimum radius */
94 <        minarad = ambres > 0 ? thescene.cusize/ambres : 0.0;
95 <
96 <                                        /* open ambient file */
76 >                                                /* init ambient limits */
77 >        setambres(ambres);
78 >                                                /* open ambient file */
79          if (afile != NULL)
80                  if ((ambfp = fopen(afile, "r+")) != NULL) {
81 <                        while (fread(&amb, sizeof(AMBVAL), 1, ambfp) == 1)
81 >                        initambfile(0);
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)-ambheadlen)%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 109 | Line 94 | char  *afile;
94   }
95  
96  
97 + initambfile(creat)              /* initialize ambient file */
98 + int  creat;
99 + {
100 +        extern char  *progname, *octname;
101 +
102 +        setbuf(ambfp, bmalloc(BUFSIZ));
103 +        if (creat) {                    /* new file */
104 +                fprintf(ambfp, "%s -av %g %g %g -ab %d -aa %g ",
105 +                                progname, colval(ambval,RED),
106 +                                colval(ambval,GRN), colval(ambval,BLU),
107 +                                ambounce, ambacc);
108 +                fprintf(ambfp, "-ad %d -as %d -ar %d %s\n",
109 +                                ambdiv, ambssamp, ambres,
110 +                                octname==NULL ? "" : octname);
111 +                fputformat(AMBFMT, ambfp);
112 +                putc('\n', ambfp);
113 +                putambmagic(ambfp);
114 +                fflush(ambfp);
115 +        } else if (checkheader(ambfp, AMBFMT, NULL) < 0 || !hasambmagic(ambfp))
116 +                error(USER, "ambient file format error");
117 +        ambheadlen = ftell(ambfp);
118 + }
119 +
120 +
121 + ambnotify(obj)                  /* record new modifier */
122 + OBJECT  obj;
123 + {
124 +        static int  hitlimit = 0;
125 +        register OBJREC  *o = objptr(obj);
126 +        register char  **amblp;
127 +
128 +        if (hitlimit || !ismodifier(o->otype))
129 +                return;
130 +        for (amblp = amblist; *amblp != NULL; amblp++)
131 +                if (!strcmp(o->oname, *amblp)) {
132 +                        if (ambset[0] >= MAXASET) {
133 +                                error(WARNING, "too many modifiers in ambient list");
134 +                                hitlimit++;
135 +                                return;         /* should this be fatal? */
136 +                        }
137 +                        insertelem(ambset, obj);
138 +                        return;
139 +                }
140 + }
141 +
142 +
143   ambient(acol, r)                /* compute ambient component for ray */
144   COLOR  acol;
145   register RAY  *r;
146   {
147          static int  rdepth = 0;                 /* ambient recursion */
148 <        double  wsum;
148 >        double  d;
149  
119 –        rdepth++;                               /* increment level */
120 –
150          if (ambdiv <= 0)                        /* no ambient calculation */
151                  goto dumbamb;
152                                                  /* check number of bounces */
153 <        if (rdepth > ambounce)
153 >        if (rdepth >= ambounce)
154                  goto dumbamb;
155                                                  /* check ambient list */
156          if (ambincl != -1 && r->ro != NULL &&
# Line 129 | Line 158 | register RAY  *r;
158                  goto dumbamb;
159  
160          if (ambacc <= FTINY) {                  /* no ambient storage */
161 <                if (doambient(acol, r) == 0.0)
161 >                rdepth++;
162 >                d = doambient(acol, r, r->rweight, NULL, NULL);
163 >                rdepth--;
164 >                if (d == 0.0)
165                          goto dumbamb;
166 <                goto done;
166 >                return;
167          }
168                                                  /* get ambient value */
169          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
170 <        wsum = sumambient(acol, r, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
171 <        if (wsum > FTINY)
172 <                scalecolor(acol, 1.0/wsum);
173 <        else if (makeambient(acol, r) == 0.0)
174 <                goto dumbamb;
175 <        goto done;
176 <
170 >        d = sumambient(acol, r, rdepth,
171 >                        &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
172 >        if (d > FTINY)
173 >                scalecolor(acol, 1.0/d);
174 >        else {
175 >                d = makeambient(acol, r, rdepth++);
176 >                rdepth--;
177 >        }
178 >        if (d > FTINY)
179 >                return;
180   dumbamb:                                        /* return global value */
181          copycolor(acol, ambval);
147 – done:                                           /* must finish here! */
148 –        rdepth--;
182   }
183  
184  
185   double
186 < sumambient(acol, r, at, c0, s)          /* get interpolated ambient value */
186 > sumambient(acol, r, al, at, c0, s)      /* get interpolated ambient value */
187   COLOR  acol;
188   register RAY  *r;
189 + int  al;
190   AMBTREE  *at;
191   FVECT  c0;
192   double  s;
# Line 168 | Line 202 | double  s;
202          wsum = 0.0;
203          for (av = at->alist; av != NULL; av = av->next) {
204                  /*
205 <                 *  Ray strength test.
205 >                 *  Ambient level test.
206                   */
207 <                if (av->lvl > r->rlvl || av->weight < r->rweight-FTINY)
207 >                if (av->lvl > al || av->weight < r->rweight-FTINY)
208                          continue;
209                  /*
210                   *  Ambient radius test.
# Line 197 | Line 231 | double  s;
231                  for (j = 0; j < 3; j++)
232                          d += (r->rop[j] - av->pos[j]) *
233                                          (av->dir[j] + r->ron[j]);
234 <                if (d < -minarad)
234 >                if (d*0.5 < -minarad*ambacc-.001)
235                          continue;
236                  /*
237                   *  Jittering final test reduces image artifacts.
238                   */
239                  wt = sqrt(e1) + sqrt(e2);
240 <                if (wt > ambacc*(0.9 + 0.2*frandom()))
240 >                wt *= .9 + .2*urand(9015+samplendx);
241 >                if (wt > ambacc)
242                          continue;
243                  if (wt <= 1e-3)
244                          wt = 1e3;
245                  else
246                          wt = 1.0 / wt;
247                  wsum += wt;
248 <                copycolor(ct, av->val);
248 >                extambient(ct, av, r->rop, r->ron);
249                  scalecolor(ct, wt);
250                  addcolor(acol, ct);
251          }
# Line 229 | Line 264 | double  s;
264                                  break;
265                  }
266                  if (j == 3)
267 <                        wsum += sumambient(acol, r, at->kid+i, ck0, s);
267 >                        wsum += sumambient(acol, r, al, at->kid+i, ck0, s);
268          }
269          return(wsum);
270   }
271  
272  
273   double
274 < makeambient(acol, r)            /* make a new ambient value */
274 > makeambient(acol, r, al)        /* make a new ambient value */
275   COLOR  acol;
276   register RAY  *r;
277 + int  al;
278   {
279          AMBVAL  amb;
280 <
281 <        amb.rad = doambient(acol, r);           /* compute ambient */
280 >        FVECT   gp, gd;
281 >                                                /* compute weight */
282 >        amb.weight = pow(AVGREFL, (double)al);
283 >        if (r->rweight < 0.2*amb.weight)        /* heuristic */
284 >                amb.weight = r->rweight;
285 >                                                /* compute ambient */
286 >        amb.rad = doambient(acol, r, amb.weight, gp, gd);
287          if (amb.rad == 0.0)
288                  return(0.0);
289                                                  /* store it */
290          VCOPY(amb.pos, r->rop);
291          VCOPY(amb.dir, r->ron);
292 <        amb.lvl = r->rlvl;
252 <        amb.weight = r->rweight;
292 >        amb.lvl = al;
293          copycolor(amb.val, acol);
294 +        VCOPY(amb.gpos, gp);
295 +        VCOPY(amb.gdir, gd);
296                                                  /* insert into tree */
297          avinsert(&amb, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
298          avsave(&amb);                           /* write to file */
# Line 258 | Line 300 | register RAY  *r;
300   }
301  
302  
303 < double
304 < doambient(acol, r)                      /* compute ambient component */
305 < COLOR  acol;
306 < register RAY  *r;
303 > extambient(cr, ap, pv, nv)              /* extrapolate value at pv, nv */
304 > COLOR  cr;
305 > register AMBVAL  *ap;
306 > FVECT  pv, nv;
307   {
308 <        extern int  ambcmp();
309 <        extern double  sin(), cos(), sqrt();
310 <        double  phi, xd, yd, zd;
269 <        double  b, b2;
270 <        register AMBSAMP  *div;
271 <        AMBSAMP  dnew;
272 <        RAY  ar;
273 <        FVECT  ux, uy;
274 <        double  arad;
275 <        int  ndivs, nt, np, ns, ne, i, j;
276 <        register int  k;
308 >        FVECT  v1, v2;
309 >        register int  i;
310 >        double  d;
311  
312 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
313 <                                        /* set number of divisions */
314 <        nt = sqrt(ambdiv * r->rweight * 0.5) + 0.5;
315 <        np = 2 * nt;
316 <        ndivs = nt * np;
317 <                                        /* check first */
318 <        if (ndivs == 0 || rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
319 <                return(0.0);
320 <                                        /* set number of super-samples */
321 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
322 <        if (ns > 0) {
289 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
290 <                if (div == NULL)
291 <                        error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
312 >        d = 1.0;                        /* zeroeth order */
313 >                                        /* gradient due to translation */
314 >        for (i = 0; i < 3; i++)
315 >                d += ap->gpos[i]*(pv[i]-ap->pos[i]);
316 >                                        /* gradient due to rotation */
317 >        VCOPY(v1, ap->dir);
318 >        fcross(v2, v1, nv);
319 >        d += DOT(ap->gdir, v2);
320 >        if (d <= 0.0) {
321 >                setcolor(cr, 0.0, 0.0, 0.0);
322 >                return;
323          }
324 <                                        /* make axes */
325 <        uy[0] = uy[1] = uy[2] = 0.0;
295 <        for (k = 0; k < 3; k++)
296 <                if (r->ron[k] < 0.6 && r->ron[k] > -0.6)
297 <                        break;
298 <        uy[k] = 1.0;
299 <        fcross(ux, r->ron, uy);
300 <        normalize(ux);
301 <        fcross(uy, ux, r->ron);
302 <                                                /* sample divisions */
303 <        arad = 0.0;
304 <        ne = 0;
305 <        for (i = 0; i < nt; i++)
306 <                for (j = 0; j < np; j++) {
307 <                        rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5);        /* pretested */
308 <                        zd = sqrt((i+frandom())/nt);
309 <                        phi = 2.0*PI * (j+frandom())/np;
310 <                        xd = cos(phi) * zd;
311 <                        yd = sin(phi) * zd;
312 <                        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
313 <                        for (k = 0; k < 3; k++)
314 <                                ar.rdir[k] = xd*ux[k]+yd*uy[k]+zd*r->ron[k];
315 <                        rayvalue(&ar);
316 <                        if (ar.rot < FHUGE)
317 <                                arad += 1.0 / ar.rot;
318 <                        if (ns > 0) {                   /* save division */
319 <                                div[ne].k = 0.0;
320 <                                copycolor(div[ne].v, ar.rcol);
321 <                                div[ne].n = 0;
322 <                                div[ne].t = i; div[ne].p = j;
323 <                                                        /* sum errors */
324 <                                b = bright(ar.rcol);
325 <                                if (i > 0) {            /* from above */
326 <                                        b2 = bright(div[ne-np].v) - b;
327 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
328 <                                        div[ne].k += b2;
329 <                                        div[ne].n++;
330 <                                        div[ne-np].k += b2;
331 <                                        div[ne-np].n++;
332 <                                }
333 <                                if (j > 0) {            /* from behind */
334 <                                        b2 = bright(div[ne-1].v) - b;
335 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
336 <                                        div[ne].k += b2;
337 <                                        div[ne].n++;
338 <                                        div[ne-1].k += b2;
339 <                                        div[ne-1].n++;
340 <                                }
341 <                                if (j == np-1) {        /* around */
342 <                                        b2 = bright(div[ne-(np-1)].v) - b;
343 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
344 <                                        div[ne].k += b2;
345 <                                        div[ne].n++;
346 <                                        div[ne-(np-1)].k += b2;
347 <                                        div[ne-(np-1)].n++;
348 <                                }
349 <                                ne++;
350 <                        } else
351 <                                addcolor(acol, ar.rcol);
352 <                }
353 <        for (k = 0; k < ne; k++) {              /* compute errors */
354 <                if (div[k].n > 1)
355 <                        div[k].k /= div[k].n;
356 <                div[k].n = 1;
357 <        }
358 <                                                /* sort the divisions */
359 <        qsort(div, ne, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);
360 <                                                /* skim excess */
361 <        while (ne > ns) {
362 <                ne--;
363 <                addcolor(acol, div[ne].v);
364 <        }
365 <                                                /* super-sample */
366 <        for (i = ns; i > 0; i--) {
367 <                rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5);        /* pretested */
368 <                zd = sqrt((div[0].t+frandom())/nt);
369 <                phi = 2.0*PI * (div[0].p+frandom())/np;
370 <                xd = cos(phi) * zd;
371 <                yd = sin(phi) * zd;
372 <                zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
373 <                for (k = 0; k < 3; k++)
374 <                        ar.rdir[k] = xd*ux[k]+yd*uy[k]+zd*r->ron[k];
375 <                rayvalue(&ar);
376 <                if (ar.rot < FHUGE)
377 <                        arad += 1.0 / ar.rot;
378 <                                                /* recompute error */
379 <                copycolor(dnew.v, div[0].v);
380 <                addcolor(dnew.v, ar.rcol);
381 <                dnew.n = div[0].n + 1;
382 <                dnew.t = div[0].t; dnew.p = div[0].p;
383 <                b2 = bright(dnew.v)/dnew.n - bright(ar.rcol);
384 <                b2 = b2*b2 + div[0].k*div[0].n;
385 <                dnew.k = b2/dnew.n;
386 <                                                /* reinsert */
387 <                for (k = 0; k < ne-1 && dnew.k < div[k+1].k; k++)
388 <                        bcopy(&div[k+1], &div[k], sizeof(AMBSAMP));
389 <                bcopy(&dnew, &div[k], sizeof(AMBSAMP));
390 <
391 <                if (ne >= i) {          /* extract darkest division */
392 <                        ne--;
393 <                        if (div[ne].n > 1)
394 <                                scalecolor(div[ne].v, 1.0/div[ne].n);
395 <                        addcolor(acol, div[ne].v);
396 <                }
397 <        }
398 <        scalecolor(acol, 1.0/ndivs);
399 <        if (arad <= FTINY)
400 <                arad = FHUGE;
401 <        else
402 <                arad = (ndivs+ns) / arad / sqrt(r->rweight);
403 <        if (arad > maxarad)
404 <                arad = maxarad;
405 <        else if (arad < minarad)
406 <                arad = minarad;
407 <        if (ns > 0)
408 <                free((char *)div);
409 <        return(arad);
324 >        copycolor(cr, ap->val);
325 >        scalecolor(cr, d);
326   }
327  
328  
413 – static int
414 – ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
415 – AMBSAMP  *d1, *d2;
416 – {
417 –        if (d1->k < d2->k)
418 –                return(1);
419 –        if (d1->k > d2->k)
420 –                return(-1);
421 –        return(0);
422 – }
423 –
424 –
329   static
330   avsave(av)                              /* save an ambient value */
331   AMBVAL  *av;
332   {
429 – #ifdef  AMBFLUSH
333          static int  nunflshed = 0;
334 < #endif
334 >
335          if (ambfp == NULL)
336                  return;
337 <        if (fwrite(av, sizeof(AMBVAL), 1, ambfp) != 1)
337 >        if (writambval(av, ambfp) < 0)
338                  goto writerr;
436 – #ifdef  AMBFLUSH
339          if (++nunflshed >= AMBFLUSH) {
340                  if (fflush(ambfp) == EOF)
341                          goto writerr;
342                  nunflshed = 0;
343          }
442 – #endif
344          return;
345   writerr:
346          error(SYSTEM, "error writing ambient file");
# Line 460 | Line 361 | double  s;
361  
362          if ((av = newambval()) == NULL)
363                  goto memerr;
364 <        bcopy(aval, av, sizeof(AMBVAL));
364 >        copystruct(av, aval);
365          VCOPY(ck0, c0);
366          while (s*(OCTSCALE/2) > av->rad*ambacc) {
367                  if (at->kid == NULL)

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