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

Comparing ray/src/rt/ambient.c (file contents):
Revision 2.85 by greg, Tue May 6 17:15:11 2014 UTC vs.
Revision 2.103 by greg, Tue Nov 1 20:39:39 2016 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 17 | Line 15 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
15   #include  "resolu.h"
16   #include  "ambient.h"
17   #include  "random.h"
18 + #include  "pmapamb.h"
19  
20   #ifndef  OCTSCALE
21   #define  OCTSCALE       1.0     /* ceil((valid rad.)/(cube size)) */
# Line 77 | Line 76 | static long  lastpos = -1;             /* last flush position */
76   #define  AMBFLUSH       (BUFSIZ/AMBVALSIZ)
77  
78   #define  newambval()    (AMBVAL *)malloc(sizeof(AMBVAL))
80 – #define  freeav(av)     free((void *)av);
79  
80   static void initambfile(int creat);
81   static void avsave(AMBVAL *av);
# Line 109 | Line 107 | setambres(                             /* set ambient resolution */
107                                                  /* set min & max radii */
108          if (ar <= 0) {
109                  minarad = 0;
110 <                maxarad = thescene.cusize*0.5;
110 >                maxarad = thescene.cusize*0.2;
111          } else {
112                  minarad = thescene.cusize / ar;
113                  maxarad = 64.0 * minarad;               /* heuristic */
114 <                if (maxarad > thescene.cusize*0.5)
115 <                        maxarad = thescene.cusize*0.5;
114 >                if (maxarad > thescene.cusize*0.2)
115 >                        maxarad = thescene.cusize*0.2;
116          }
117          if (minarad <= FTINY)
118                  minarad = 10.0*FTINY;
# Line 165 | Line 163 | setambient(void)                               /* initialize calculation */
163                  initambfile(0);                 /* file exists */
164                  lastpos = ftell(ambfp);
165                  while (readambval(&amb, ambfp))
166 <                        avinsert(avstore(&amb));
166 >                        avstore(&amb);
167                  nambshare = nambvals;           /* share loaded values */
168                  if (readonly) {
169                          sprintf(errmsg,
# Line 185 | Line 183 | setambient(void)                               /* initialize calculation */
183                                          (flen - lastpos)/AMBVALSIZ);
184                          error(WARNING, errmsg);
185                          fseek(ambfp, lastpos, SEEK_SET);
188 – #ifndef _WIN32 /* XXX we need a replacement for that one */
186                          ftruncate(fileno(ambfp), (off_t)lastpos);
190 – #endif
187                  }
188          } else if ((ambfp = fopen(ambfile, "w+")) != NULL) {
189                  initambfile(1);                 /* else create new file */
# Line 197 | Line 193 | setambient(void)                               /* initialize calculation */
193                  sprintf(errmsg, "cannot open ambient file \"%s\"", ambfile);
194                  error(SYSTEM, errmsg);
195          }
200 – #ifdef getc_unlocked
201 –        flockfile(ambfp);                       /* application-level lock */
202 – #endif
196   #ifdef  F_SETLKW
197          aflock(F_UNLCK);                        /* release file */
198   #endif
# Line 220 | Line 213 | ambdone(void)                  /* close ambient file and free memory
213                  lastpos = -1;
214          }
215                                          /* free ambient tree */
216 <        unloadatree(&atrunk, &avfree);
216 >        unloadatree(&atrunk, avfree);
217                                          /* reset state variables */
218          avsum = 0.;
219          navsum = 0;
# Line 263 | Line 256 | ambnotify(                     /* record new modifier */
256  
257   /************ THE FOLLOWING ROUTINES DIFFER BETWEEN NEW & OLD ***************/
258  
259 < #ifdef NEWAMB
259 > #ifndef OLDAMB
260  
261   #define tfunc(lwr, x, upr)      (((x)-(lwr))/((upr)-(lwr)))
262  
263 + static int      plugaleak(RAY *r, AMBVAL *ap, FVECT anorm, double ang);
264   static double   sumambient(COLOR acol, RAY *r, FVECT rn, int al,
265                                  AMBTREE *at, FVECT c0, double s);
266   static int      makeambient(COLOR acol, RAY *r, FVECT rn, int al);
267 < static void     extambient(COLOR cr, AMBVAL *ap, FVECT pv, FVECT nv,
267 > static int      extambient(COLOR cr, AMBVAL *ap, FVECT pv, FVECT nv,
268                                  FVECT uvw[3]);
269  
270   void
# Line 281 | Line 275 | multambient(           /* compute ambient component & multiply
275   )
276   {
277          static int  rdepth = 0;                 /* ambient recursion */
278 <        COLOR   acol;
279 <        int     ok;
278 >        COLOR   acol, caustic;
279 >        int     i, ok;
280          double  d, l;
281  
282 +        /* PMAP: Factor in ambient from photon map, if enabled and ray is
283 +         * ambient. Return as all ambient components accounted for, else
284 +         * continue. */
285 +        if (ambPmap(aval, r, rdepth))
286 +                return;
287 +
288 +        /* PMAP: Factor in specular-diffuse ambient (caustics) from photon
289 +         * map, if enabled and ray is primary, else caustic is zero.  Continue
290 +         * with RADIANCE ambient calculation */
291 +        copycolor(caustic, aval);
292 +        ambPmapCaustic(caustic, r, rdepth);
293 +        
294          if (ambdiv <= 0)                        /* no ambient calculation */
295                  goto dumbamb;
296                                                  /* check number of bounces */
# Line 296 | Line 302 | multambient(           /* compute ambient component & multiply
302                  goto dumbamb;
303  
304          if (ambacc <= FTINY) {                  /* no ambient storage */
305 +                FVECT   uvd[2];
306 +                float   dgrad[2], *dgp = NULL;
307 +
308 +                if (nrm != r->ron && DOT(nrm,r->ron) < 0.9999)
309 +                        dgp = dgrad;            /* compute rotational grad. */
310                  copycolor(acol, aval);
311                  rdepth++;
312 <                ok = doambient(acol, r, r->rweight, NULL, NULL, NULL, NULL);
312 >                ok = doambient(acol, r, r->rweight,
313 >                                uvd, NULL, NULL, dgp, NULL);
314                  rdepth--;
315                  if (!ok)
316                          goto dumbamb;
317 +                if ((ok > 0) & (dgp != NULL)) { /* apply texture */
318 +                        FVECT   v1;
319 +                        VCROSS(v1, r->ron, nrm);
320 +                        d = 1.0;
321 +                        for (i = 3; i--; )
322 +                                d += v1[i] * (dgp[0]*uvd[0][i] + dgp[1]*uvd[1][i]);
323 +                        if (d >= 0.05)
324 +                                scalecolor(acol, d);
325 +                }
326                  copycolor(aval, acol);
327 +
328 +                /* PMAP: add in caustic */
329 +                addcolor(aval, caustic);
330                  return;
331          }
332  
# Line 312 | Line 336 | multambient(           /* compute ambient component & multiply
336          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
337          d = sumambient(acol, r, nrm, rdepth,
338                          &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
339 +                        
340          if (d > FTINY) {
341                  d = 1.0/d;
342                  scalecolor(acol, d);
343                  multcolor(aval, acol);
344 +
345 +                /* PMAP: add in caustic */
346 +                addcolor(aval, caustic);
347                  return;
348          }
349 +        
350          rdepth++;                               /* need to cache new value */
351          ok = makeambient(acol, r, nrm, rdepth-1);
352          rdepth--;
353 +        
354          if (ok) {
355                  multcolor(aval, acol);          /* computed new value */
356 +
357 +                /* PMAP: add in caustic */
358 +                addcolor(aval, caustic);
359                  return;
360          }
361 +        
362   dumbamb:                                        /* return global value */
363          if ((ambvwt <= 0) | (navsum == 0)) {
364                  multcolor(aval, ambval);
365 +                
366 +                /* PMAP: add in caustic */
367 +                addcolor(aval, caustic);
368                  return;
369          }
370 <        l = bright(ambval);                     /* average in computations */
370 >        
371 >        l = bright(ambval);                     /* average in computations */  
372          if (l > FTINY) {
373                  d = (log(l)*(double)ambvwt + avsum) /
374                                  (double)(ambvwt + navsum);
# Line 344 | Line 382 | dumbamb:                                       /* return global value */
382   }
383  
384  
385 < double
385 > /* Plug a potential leak where ambient cache value is occluded */
386 > static int
387 > plugaleak(RAY *r, AMBVAL *ap, FVECT anorm, double ang)
388 > {
389 >        const double    cost70sq = 0.1169778;   /* cos(70deg)^2 */
390 >        RAY             rtst;
391 >        FVECT           vdif;
392 >        double          normdot, ndotd, nadotd;
393 >        double          a, b, c, t[2];
394 >
395 >        ang += 2.*PI*(ang < 0);                 /* check direction flags */
396 >        if ( !(ap->corral>>(int)(ang*(16./PI)) & 1) )
397 >                return(0);
398 >        /*
399 >         * Generate test ray, targeting 20 degrees above sample point plane
400 >         * along surface normal from cache position.  This should be high
401 >         * enough to miss local geometry we don't really care about.
402 >         */
403 >        VSUB(vdif, ap->pos, r->rop);
404 >        normdot = DOT(anorm, r->ron);
405 >        ndotd = DOT(vdif, r->ron);
406 >        nadotd = DOT(vdif, anorm);
407 >        a = normdot*normdot - cost70sq;
408 >        b = 2.0*(normdot*ndotd - nadotd*cost70sq);
409 >        c = ndotd*ndotd - DOT(vdif,vdif)*cost70sq;
410 >        if (quadratic(t, a, b, c) != 2)
411 >                return(1);                      /* should rarely happen */
412 >        if (t[1] <= FTINY)
413 >                return(0);                      /* should fail behind test */
414 >        rayorigin(&rtst, SHADOW, r, NULL);
415 >        VSUM(rtst.rdir, vdif, anorm, t[1]);     /* further dist. > plane */
416 >        rtst.rmax = normalize(rtst.rdir);       /* short ray test */
417 >        while (localhit(&rtst, &thescene)) {    /* check for occluder */
418 >                if (rtst.ro->omod != OVOID &&
419 >                                (rtst.clipset == NULL ||
420 >                                        !inset(rtst.clipset, rtst.ro->omod)))
421 >                        return(1);              /* plug light leak */
422 >                VCOPY(rtst.rorg, rtst.rop);     /* skip invisible surface */
423 >                rtst.rmax -= rtst.rot;
424 >                rayclear(&rtst);
425 >        }
426 >        return(0);                              /* seems we're OK */
427 > }
428 >
429 >
430 > static double
431   sumambient(             /* get interpolated ambient value */
432          COLOR  acol,
433          RAY  *r,
# Line 387 | Line 470 | sumambient(            /* get interpolated ambient value */
470                  maxangle = (maxangle - PI/2.)*pow(r->rweight,0.13) + PI/2.;
471                                          /* sum this node */
472          for (av = at->alist; av != NULL; av = av->next) {
473 <                double  d, delta_r2, delta_t2;
473 >                double  u, v, d, delta_r2, delta_t2;
474                  COLOR   ct;
475                  FVECT   uvw[3];
476                                          /* record access */
# Line 396 | Line 479 | sumambient(            /* get interpolated ambient value */
479                  /*
480                   *  Ambient level test
481                   */
482 <                if (av->lvl > al)       /* list sorted, so this works */
482 >                if (av->lvl > al ||     /* list sorted, so this works */
483 >                                (av->lvl == al) & (av->weight < 0.9*r->rweight))
484                          break;
401 –                if (av->weight < 0.9*r->rweight)
402 –                        continue;
485                  /*
486                   *  Direction test using unperturbed normal
487                   */
# Line 426 | Line 508 | sumambient(            /* get interpolated ambient value */
508                   */
509                  decodedir(uvw[0], av->udir);
510                  VCROSS(uvw[1], uvw[2], uvw[0]);
511 <                d = DOT(ck0, uvw[0]) / av->rad[0];
511 >                d = (u = DOT(ck0, uvw[0])) / av->rad[0];
512                  delta_t2 += d*d;
513 <                d = DOT(ck0, uvw[1]) / av->rad[1];
513 >                d = (v = DOT(ck0, uvw[1])) / av->rad[1];
514                  delta_t2 += d*d;
515                  if (delta_t2 >= ambacc*ambacc)
516                          continue;
517                  /*
518 +                 *  Test for potential light leak
519 +                 */
520 +                if (av->corral && plugaleak(r, av, uvw[2], atan2a(v,u)))
521 +                        continue;
522 +                /*
523                   *  Extrapolate value and compute final weight (hat function)
524                   */
525 <                extambient(ct, av, r->rop, rn, uvw);
525 >                if (!extambient(ct, av, r->rop, rn, uvw))
526 >                        continue;
527                  d = tfunc(maxangle, sqrt(delta_r2), 0.0) *
528                          tfunc(ambacc, sqrt(delta_t2), 0.0);
529                  scalecolor(ct, d);
# Line 446 | Line 534 | sumambient(            /* get interpolated ambient value */
534   }
535  
536  
537 < int
537 > static int
538   makeambient(            /* make a new ambient value for storage */
539          COLOR  acol,
540          RAY  *r,
# Line 465 | Line 553 | makeambient(           /* make a new ambient value for storage
553                  amb.weight = 1.25*r->rweight;
554          setcolor(acol, AVGREFL, AVGREFL, AVGREFL);
555                                                  /* compute ambient */
556 <        i = doambient(acol, r, amb.weight, uvw, amb.rad, amb.gpos, amb.gdir);
556 >        i = doambient(acol, r, amb.weight,
557 >                        uvw, amb.rad, amb.gpos, amb.gdir, &amb.corral);
558          scalecolor(acol, 1./AVGREFL);           /* undo assumed reflectance */
559          if (i <= 0 || amb.rad[0] <= FTINY)      /* no Hessian or zero radius */
560                  return(i);
# Line 485 | Line 574 | makeambient(           /* make a new ambient value for storage
574   }
575  
576  
577 < void
577 > static int
578   extambient(             /* extrapolate value at pv, nv */
579          COLOR  cr,
580          AMBVAL   *ap,
# Line 494 | Line 583 | extambient(            /* extrapolate value at pv, nv */
583          FVECT  uvw[3]
584   )
585   {
586 +        const double    min_d = 0.05;
587          static FVECT    my_uvw[3];
588          FVECT           v1;
589          int             i;
# Line 513 | Line 603 | extambient(            /* extrapolate value at pv, nv */
603          for (i = 3; i--; )
604                  d += v1[i] * (ap->gdir[0]*uvw[0][i] + ap->gdir[1]*uvw[1][i]);
605          
606 <        if (d <= 0.0) {
607 <                setcolor(cr, 0.0, 0.0, 0.0);
518 <                return;
519 <        }
606 >        if (d < min_d)                  /* should not use if we can avoid it */
607 >                d = min_d;
608          copycolor(cr, ap->val);
609          scalecolor(cr, d);
610 +        return(d > min_d);
611   }
612  
613  
# Line 555 | Line 644 | avinsert(                              /* insert ambient value in our tree */
644          }
645          avh.next = at->alist;           /* order by increasing level */
646          for (ap = &avh; ap->next != NULL; ap = ap->next)
647 <                if (ap->next->lvl >= av->lvl)
647 >                if ( ap->next->lvl > av->lvl ||
648 >                                (ap->next->lvl == av->lvl) &
649 >                                (ap->next->weight <= av->weight) )
650                          break;
651          av->next = ap->next;
652          ap->next = (AMBVAL*)av;
# Line 579 | Line 670 | multambient(           /* compute ambient component & multiply
670   )
671   {
672          static int  rdepth = 0;                 /* ambient recursion */
673 <        COLOR   acol;
673 >        COLOR   acol, caustic;
674          double  d, l;
675  
676 +        /* PMAP: Factor in ambient from global photon map (if enabled) and return
677 +         * as all ambient components accounted for */
678 +        if (ambPmap(aval, r, rdepth))
679 +                return;
680 +
681 +        /* PMAP: Otherwise factor in ambient from caustic photon map
682 +         * (ambPmapCaustic() returns zero if caustic photons disabled) and
683 +         * continue with RADIANCE ambient calculation */
684 +        copycolor(caustic, aval);
685 +        ambPmapCaustic(caustic, r, rdepth);
686 +        
687          if (ambdiv <= 0)                        /* no ambient calculation */
688                  goto dumbamb;
689                                                  /* check number of bounces */
# Line 599 | Line 701 | multambient(           /* compute ambient component & multiply
701                  rdepth--;
702                  if (d <= FTINY)
703                          goto dumbamb;
704 <                copycolor(aval, acol);
704 >                copycolor(aval, acol);          
705 >        
706 >           /* PMAP: add in caustic */
707 >                addcolor(aval, caustic);        
708                  return;
709          }
710  
# Line 609 | Line 714 | multambient(           /* compute ambient component & multiply
714          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
715          d = sumambient(acol, r, nrm, rdepth,
716                          &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
717 +                        
718          if (d > FTINY) {
719                  d = 1.0/d;
720                  scalecolor(acol, d);
721                  multcolor(aval, acol);
722 +                
723 +                /* PMAP: add in caustic */
724 +                addcolor(aval, caustic);        
725                  return;
726          }
727 +        
728          rdepth++;                               /* need to cache new value */
729          d = makeambient(acol, r, nrm, rdepth-1);
730          rdepth--;
731 +        
732          if (d > FTINY) {
733                  multcolor(aval, acol);          /* got new value */
734 +
735 +                /* PMAP: add in caustic */
736 +                addcolor(aval, caustic);                        
737                  return;
738          }
739 +        
740   dumbamb:                                        /* return global value */
741          if ((ambvwt <= 0) | (navsum == 0)) {
742                  multcolor(aval, ambval);
743 +
744 +                /* PMAP: add in caustic */
745 +                addcolor(aval, caustic);        
746                  return;
747          }
748 +        
749          l = bright(ambval);                     /* average in computations */
750          if (l > FTINY) {
751                  d = (log(l)*(double)ambvwt + avsum) /
# Line 668 | Line 787 | sumambient(    /* get interpolated ambient value */
787                  /*
788                   *  Ambient level test.
789                   */
790 <                if (av->lvl > al)       /* list sorted, so this works */
790 >                if (av->lvl > al ||     /* list sorted, so this works */
791 >                                (av->lvl == al) & (av->weight < 0.9*r->rweight))
792                          break;
673 –                if (av->weight < 0.9*r->rweight)
674 –                        continue;
793                  /*
794                   *  Ambient radius test.
795                   */
# Line 853 | Line 971 | avinsert(                              /* insert ambient value in our tree */
971          }
972          avh.next = at->alist;           /* order by increasing level */
973          for (ap = &avh; ap->next != NULL; ap = ap->next)
974 <                if (ap->next->lvl >= av->lvl)
974 >                if ( ap->next->lvl > av->lvl ||
975 >                                (ap->next->lvl == av->lvl) &
976 >                                (ap->next->weight <= av->weight) )
977                          break;
978          av->next = ap->next;
979          ap->next = (AMBVAL*)av;
# Line 905 | Line 1025 | avsave(                                /* insert and save an ambient value */
1025          AMBVAL  *av
1026   )
1027   {
1028 <        avinsert(avstore(av));
1028 >        avstore(av);
1029          if (ambfp == NULL)
1030                  return;
1031          if (writambval(av, ambfp) < 0)
# Line 920 | Line 1040 | writerr:
1040  
1041  
1042   static AMBVAL *
1043 < avstore(                                /* allocate memory and store aval */
1043 > avstore(                                /* allocate memory and save aval */
1044          AMBVAL  *aval
1045   )
1046   {
# Line 938 | Line 1058 | avstore(                               /* allocate memory and store aval */
1058                  avsum += log(d);
1059                  navsum++;
1060          }
1061 +        avinsert(av);                   /* insert in our cache tree */
1062          return(av);
1063   }
1064  
# Line 964 | Line 1085 | newambtree(void)                               /* allocate 8 ambient tree structs
1085          }
1086          atp = atfreelist;
1087          atfreelist = atp->kid;
1088 <        memset((char *)atp, '\0', 8*sizeof(AMBTREE));
1088 >        memset(atp, 0, 8*sizeof(AMBTREE));
1089          return(atp);
1090   }
1091  
# Line 990 | Line 1111 | unloadatree(                   /* unload an ambient value tree */
1111                                          /* transfer values at this node */
1112          for (av = at->alist; av != NULL; av = at->alist) {
1113                  at->alist = av->next;
1114 +                av->next = NULL;
1115                  (*f)(av);
1116          }
1117          if (at->kid == NULL)
# Line 1067 | Line 1189 | avlmemi(                               /* find list position from address */
1189   {
1190          AMBVAL  **avlpp;
1191  
1192 <        avlpp = (AMBVAL **)bsearch((char *)&avaddr, (char *)avlist2,
1193 <                        nambvals, sizeof(AMBVAL *), &aposcmp);
1192 >        avlpp = (AMBVAL **)bsearch(&avaddr, avlist2,
1193 >                        nambvals, sizeof(AMBVAL *), aposcmp);
1194          if (avlpp == NULL)
1195                  error(CONSISTENCY, "address not found in avlmemi");
1196          return(avlpp - avlist2);
# Line 1111 | Line 1233 | sortambvals(                   /* resort ambient values */
1233          }
1234          if (avlist1 == NULL) {          /* no time tracking -- rebuild tree? */
1235                  if (avlist2 != NULL)
1236 <                        free((void *)avlist2);
1236 >                        free(avlist2);
1237                  if (always) {           /* rebuild without sorting */
1238                          oldatrunk = atrunk;
1239                          atrunk.alist = NULL;
1240                          atrunk.kid = NULL;
1241 <                        unloadatree(&oldatrunk, &avinsert);
1241 >                        unloadatree(&oldatrunk, avinsert);
1242                  }
1243          } else {                        /* sort memory by last access time */
1244                  /*
# Line 1133 | Line 1255 | sortambvals(                   /* resort ambient values */
1255                  eputs(errmsg);
1256   #endif
1257                  i_avlist = 0;
1258 <                unloadatree(&atrunk, &av2list); /* empty current tree */
1258 >                unloadatree(&atrunk, av2list);  /* empty current tree */
1259   #ifdef DEBUG
1260                  if (i_avlist < nambvals)
1261                          error(CONSISTENCY, "missing ambient values in sortambvals");
1262   #endif
1263 <                qsort((char *)avlist1, nambvals, sizeof(struct avl), &alatcmp);
1264 <                qsort((char *)avlist2, nambvals, sizeof(AMBVAL *), &aposcmp);
1263 >                qsort(avlist1, nambvals, sizeof(struct avl), alatcmp);
1264 >                qsort(avlist2, nambvals, sizeof(AMBVAL *), aposcmp);
1265                  for (i = 0; i < nambvals; i++) {
1266                          if (avlist1[i].p == NULL)
1267                                  continue;
# Line 1155 | Line 1277 | sortambvals(                   /* resort ambient values */
1277                          avinsert(avlist2[j]);
1278                          avlist1[j].p = NULL;
1279                  }
1280 <                free((void *)avlist1);
1281 <                free((void *)avlist2);
1280 >                free(avlist1);
1281 >                free(avlist2);
1282                                                  /* compute new sort interval */
1283                  sortintvl = ambclock - lastsort;
1284                  if (sortintvl >= MAX_SORT_INTVL/2)
# Line 1220 | Line 1342 | ambsync(void)                  /* synchronize ambient file */
1342                                  error(WARNING, errmsg);
1343                                  break;
1344                          }
1345 <                        avinsert(avstore(&avs));
1345 >                        avstore(&avs);
1346                          n -= AMBVALSIZ;
1347                  }
1348                  lastpos = flen - n;

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