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

Comparing ray/src/rt/ambient.c (file contents):
Revision 1.12 by greg, Wed May 22 12:44:39 1991 UTC vs.
Revision 2.9 by greg, Thu Jul 16 15:53:42 1992 UTC

# Line 1 | Line 1
1 < /* Copyright (c) 1986 Regents of the University of California */
1 > /* Copyright (c) 1991 Regents of the University of California */
2  
3   #ifndef lint
4   static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
# Line 19 | Line 19 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
19  
20   #include  "otypes.h"
21  
22 + #include  "ambient.h"
23 +
24   #include  "random.h"
25  
26   #define  OCTSCALE       0.5     /* ceil((valid rad.)/(cube size)) */
27  
28 + typedef struct ambtree {
29 +        AMBVAL  *alist;         /* ambient value list */
30 +        struct ambtree  *kid;   /* 8 child nodes */
31 + }  AMBTREE;                     /* ambient octree */
32 +
33   extern CUBE  thescene;          /* contains space boundaries */
34  
28 extern COLOR  ambval;           /* global ambient component */
29 extern double  ambacc;          /* ambient accuracy */
30 extern int  ambres;             /* ambient resolution */
31 extern int  ambdiv;             /* number of divisions for calculation */
32 extern int  ambssamp;           /* number of super-samples */
33 extern int  ambounce;           /* number of ambient bounces */
34 extern char  *amblist[];        /* ambient include/exclude list */
35 extern int  ambincl;            /* include == 1, exclude == 0 */
36
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  
43 typedef struct ambval {
44        FVECT  pos;             /* position in space */
45        FVECT  dir;             /* normal direction */
46        int  lvl;               /* recursion level of parent ray */
47        float  weight;          /* weight of parent ray */
48        COLOR  val;             /* computed ambient value */
49        float  rad;             /* validity radius */
50        struct ambval  *next;   /* next in list */
51 }  AMBVAL;                      /* ambient value */
52
53 typedef struct ambtree {
54        AMBVAL  *alist;         /* ambient value list */
55        struct ambtree  *kid;   /* 8 child nodes */
56 }  AMBTREE;                     /* ambient octree */
57
58 typedef struct {
59        float  k;               /* error contribution per sample */
60        COLOR  v;               /* ray sum */
61        int  n;                 /* number of samples */
62        short  t, p;            /* theta, phi indices */
63 }  AMBSAMP;                     /* ambient sample */
64
41   static AMBTREE  atrunk;         /* our ambient trunk node */
42  
43   static FILE  *ambfp = NULL;     /* ambient file pointer */
44 + static char  *afname;           /* ambient file name */
45  
46 + #define  AMBFLUSH       (BUFSIZ/AMBVALSIZ)
47 +
48   #define  newambval()    (AMBVAL *)bmalloc(sizeof(AMBVAL))
49  
50   #define  newambtree()   (AMBTREE *)calloc(8, sizeof(AMBTREE))
51  
52 < double  sumambient(), doambient(), makeambient();
52 > extern long  ftell(), lseek();
53  
54  
55 + setambres(ar)                           /* set ambient resolution */
56 + int  ar;
57 + {
58 +                                                /* set min & max radii */
59 +        if (ar <= 0) {
60 +                minarad = 0.0;
61 +                maxarad = thescene.cusize / 2.0;
62 +        } else {
63 +                minarad = thescene.cusize / ar;
64 +                maxarad = 16.0 * minarad;               /* heuristic */
65 +                if (maxarad > thescene.cusize / 2.0)
66 +                        maxarad = thescene.cusize / 2.0;
67 +        }
68 +        if (maxarad <= FTINY)
69 +                maxarad = .001;
70 + }
71 +
72 +
73   setambient(afile)                       /* initialize calculation */
74   char  *afile;
75   {
76 <        long  ftell();
76 >        long  headlen;
77          AMBVAL  amb;
78 <
79 <        maxarad = thescene.cusize / 2.0;                /* maximum radius */
80 <                                                        /* minimum radius */
81 <        minarad = ambres > 0 ? thescene.cusize/ambres : 0.0;
85 <
86 <                                        /* open ambient file */
87 <        if (afile != NULL)
78 >                                                /* init ambient limits */
79 >        setambres(ambres);
80 >                                                /* open ambient file */
81 >        if ((afname = afile) != NULL)
82                  if ((ambfp = fopen(afile, "r+")) != NULL) {
83 <                        while (fread((char *)&amb,sizeof(AMBVAL),1,ambfp) == 1)
83 >                        initambfile(0);
84 >                        headlen = ftell(ambfp);
85 >                        while (readambval(&amb, ambfp))
86                                  avinsert(&amb, &atrunk, thescene.cuorg,
87                                                  thescene.cusize);
88                                                          /* align */
89 <                        fseek(ambfp, -(ftell(ambfp)%sizeof(AMBVAL)), 1);
90 <                } else if ((ambfp = fopen(afile, "w")) == NULL) {
89 >                        fseek(ambfp, -((ftell(ambfp)-headlen)%AMBVALSIZ), 1);
90 >                } else if ((ambfp = fopen(afile, "w")) != NULL)
91 >                        initambfile(1);
92 >                else {
93                          sprintf(errmsg, "cannot open ambient file \"%s\"",
94                                          afile);
95                          error(SYSTEM, errmsg);
# Line 126 | Line 124 | COLOR  acol;
124   register RAY  *r;
125   {
126          static int  rdepth = 0;                 /* ambient recursion */
127 <        double  wsum;
127 >        double  d;
128  
131        rdepth++;                               /* increment level */
132
129          if (ambdiv <= 0)                        /* no ambient calculation */
130                  goto dumbamb;
131                                                  /* check number of bounces */
132 <        if (rdepth > ambounce)
132 >        if (rdepth >= ambounce)
133                  goto dumbamb;
134                                                  /* check ambient list */
135          if (ambincl != -1 && r->ro != NULL &&
# Line 141 | Line 137 | register RAY  *r;
137                  goto dumbamb;
138  
139          if (ambacc <= FTINY) {                  /* no ambient storage */
140 <                if (doambient(acol, r) == 0.0)
140 >                rdepth++;
141 >                d = doambient(acol, r, r->rweight, NULL, NULL);
142 >                rdepth--;
143 >                if (d == 0.0)
144                          goto dumbamb;
145 <                goto done;
145 >                return;
146          }
147                                                  /* get ambient value */
148          setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
149 <        wsum = sumambient(acol, r, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
150 <        if (wsum > FTINY)
151 <                scalecolor(acol, 1.0/wsum);
152 <        else if (makeambient(acol, r) == 0.0)
153 <                goto dumbamb;
154 <        goto done;
155 <
149 >        d = sumambient(acol, r, rdepth,
150 >                        &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
151 >        if (d > FTINY)
152 >                scalecolor(acol, 1.0/d);
153 >        else {
154 >                d = makeambient(acol, r, rdepth++);
155 >                rdepth--;
156 >        }
157 >        if (d > FTINY)
158 >                return;
159   dumbamb:                                        /* return global value */
160          copycolor(acol, ambval);
159 done:                                           /* must finish here! */
160        rdepth--;
161   }
162  
163  
164   double
165 < sumambient(acol, r, at, c0, s)          /* get interpolated ambient value */
165 > sumambient(acol, r, al, at, c0, s)      /* get interpolated ambient value */
166   COLOR  acol;
167   register RAY  *r;
168 + int  al;
169   AMBTREE  *at;
170   FVECT  c0;
171   double  s;
# Line 180 | Line 181 | double  s;
181          wsum = 0.0;
182          for (av = at->alist; av != NULL; av = av->next) {
183                  /*
184 <                 *  Ray strength test.
184 >                 *  Ambient level test.
185                   */
186 <                if (av->lvl > r->rlvl || av->weight < r->rweight-FTINY)
186 >                if (av->lvl > al || av->weight < r->rweight-FTINY)
187                          continue;
188                  /*
189                   *  Ambient radius test.
# Line 209 | Line 210 | double  s;
210                  for (j = 0; j < 3; j++)
211                          d += (r->rop[j] - av->pos[j]) *
212                                          (av->dir[j] + r->ron[j]);
213 <                if (d < -minarad)
213 >                if (d*0.5 < -minarad*ambacc-.001)
214                          continue;
215                  /*
216                   *  Jittering final test reduces image artifacts.
217                   */
218                  wt = sqrt(e1) + sqrt(e2);
219 <                wt *= .9 + .2*frandom();
219 >                wt *= .9 + .2*urand(9015+samplendx);
220                  if (wt > ambacc)
221                          continue;
222                  if (wt <= 1e-3)
# Line 223 | Line 224 | double  s;
224                  else
225                          wt = 1.0 / wt;
226                  wsum += wt;
227 <                copycolor(ct, av->val);
227 >                extambient(ct, av, r->rop, r->ron);
228                  scalecolor(ct, wt);
229                  addcolor(acol, ct);
230          }
# Line 242 | Line 243 | double  s;
243                                  break;
244                  }
245                  if (j == 3)
246 <                        wsum += sumambient(acol, r, at->kid+i, ck0, s);
246 >                        wsum += sumambient(acol, r, al, at->kid+i, ck0, s);
247          }
248          return(wsum);
249   }
250  
251  
252   double
253 < makeambient(acol, r)            /* make a new ambient value */
253 > makeambient(acol, r, al)        /* make a new ambient value */
254   COLOR  acol;
255   register RAY  *r;
256 + int  al;
257   {
258          AMBVAL  amb;
259 <
260 <        amb.rad = doambient(acol, r);           /* compute ambient */
259 >        FVECT   gp, gd;
260 >                                                /* compute weight */
261 >        amb.weight = pow(AVGREFL, (double)al);
262 >        if (r->rweight < 0.2*amb.weight)        /* heuristic */
263 >                amb.weight = r->rweight;
264 >                                                /* compute ambient */
265 >        amb.rad = doambient(acol, r, amb.weight, gp, gd);
266          if (amb.rad == 0.0)
267                  return(0.0);
268                                                  /* store it */
269          VCOPY(amb.pos, r->rop);
270          VCOPY(amb.dir, r->ron);
271 <        amb.lvl = r->rlvl;
265 <        amb.weight = r->rweight;
271 >        amb.lvl = al;
272          copycolor(amb.val, acol);
273 +        VCOPY(amb.gpos, gp);
274 +        VCOPY(amb.gdir, gd);
275                                                  /* insert into tree */
276 <        avinsert(&amb, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
269 <        avsave(&amb);                           /* write to file */
276 >        avsave(&amb);                           /* and save to file */
277          return(amb.rad);
278   }
279  
280  
281 < double
282 < doambient(acol, r)                      /* compute ambient component */
283 < COLOR  acol;
284 < register RAY  *r;
281 > extambient(cr, ap, pv, nv)              /* extrapolate value at pv, nv */
282 > COLOR  cr;
283 > register AMBVAL  *ap;
284 > FVECT  pv, nv;
285   {
286 <        extern int  ambcmp();
287 <        extern double  sin(), cos(), sqrt();
288 <        int  hlist[4];
282 <        double  phi, xd, yd, zd;
283 <        double  b, b2;
284 <        register AMBSAMP  *div;
285 <        AMBSAMP  dnew;
286 <        RAY  ar;
287 <        FVECT  ux, uy;
288 <        double  arad;
289 <        int  ndivs, nt, np, ns, ne, i, j;
290 <        register int  k;
286 >        FVECT  v1, v2;
287 >        register int  i;
288 >        double  d;
289  
290 <        setcolor(acol, 0.0, 0.0, 0.0);
291 <                                        /* set number of divisions */
292 <        nt = sqrt(ambdiv * r->rweight * 0.5) + 0.5;
293 <        np = 2 * nt;
294 <        ndivs = nt * np;
295 <                                        /* check first */
296 <        if (ndivs == 0 || rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5) < 0)
297 <                return(0.0);
298 <                                        /* set number of super-samples */
299 <        ns = ambssamp * r->rweight + 0.5;
300 <        if (ns > 0) {
303 <                div = (AMBSAMP *)malloc(ndivs*sizeof(AMBSAMP));
304 <                if (div == NULL)
305 <                        error(SYSTEM, "out of memory in doambient");
290 >        d = 1.0;                        /* zeroeth order */
291 >                                        /* gradient due to translation */
292 >        for (i = 0; i < 3; i++)
293 >                d += ap->gpos[i]*(pv[i]-ap->pos[i]);
294 >                                        /* gradient due to rotation */
295 >        VCOPY(v1, ap->dir);
296 >        fcross(v2, v1, nv);
297 >        d += DOT(ap->gdir, v2);
298 >        if (d <= 0.0) {
299 >                setcolor(cr, 0.0, 0.0, 0.0);
300 >                return;
301          }
302 <                                        /* make axes */
303 <        uy[0] = uy[1] = uy[2] = 0.0;
309 <        for (k = 0; k < 3; k++)
310 <                if (r->ron[k] < 0.6 && r->ron[k] > -0.6)
311 <                        break;
312 <        uy[k] = 1.0;
313 <        fcross(ux, r->ron, uy);
314 <        normalize(ux);
315 <        fcross(uy, ux, r->ron);
316 <                                        /* set up urand */
317 <        hlist[0] = r->rno;
318 <                                                /* sample divisions */
319 <        arad = 0.0;
320 <        ne = 0;
321 <        for (i = 0; i < nt; i++) {
322 <                hlist[1] = i;
323 <                for (j = 0; j < np; j++) {
324 <                        rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5);        /* pretested */
325 <                        hlist[2] = j;
326 <                        hlist[3] = 0;
327 <                        zd = sqrt((i+urand(ilhash(hlist,4)))/nt);
328 <                        hlist[3] = 1;
329 <                        phi = 2.0*PI * (j+urand(ilhash(hlist,4)))/np;
330 <                        xd = cos(phi) * zd;
331 <                        yd = sin(phi) * zd;
332 <                        zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
333 <                        for (k = 0; k < 3; k++)
334 <                                ar.rdir[k] = xd*ux[k]+yd*uy[k]+zd*r->ron[k];
335 <                        dimlist[ndims++] = i*np + j + 38813;
336 <                        rayvalue(&ar);
337 <                        ndims--;
338 <                        if (ar.rot < FHUGE)
339 <                                arad += 1.0 / ar.rot;
340 <                        if (ns > 0) {                   /* save division */
341 <                                div[ne].k = 0.0;
342 <                                copycolor(div[ne].v, ar.rcol);
343 <                                div[ne].n = 0;
344 <                                div[ne].t = i; div[ne].p = j;
345 <                                                        /* sum errors */
346 <                                b = bright(ar.rcol);
347 <                                if (i > 0) {            /* from above */
348 <                                        b2 = bright(div[ne-np].v) - b;
349 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
350 <                                        div[ne].k += b2;
351 <                                        div[ne].n++;
352 <                                        div[ne-np].k += b2;
353 <                                        div[ne-np].n++;
354 <                                }
355 <                                if (j > 0) {            /* from behind */
356 <                                        b2 = bright(div[ne-1].v) - b;
357 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
358 <                                        div[ne].k += b2;
359 <                                        div[ne].n++;
360 <                                        div[ne-1].k += b2;
361 <                                        div[ne-1].n++;
362 <                                }
363 <                                if (j == np-1) {        /* around */
364 <                                        b2 = bright(div[ne-(np-1)].v) - b;
365 <                                        b2 *= b2 * 0.25;
366 <                                        div[ne].k += b2;
367 <                                        div[ne].n++;
368 <                                        div[ne-(np-1)].k += b2;
369 <                                        div[ne-(np-1)].n++;
370 <                                }
371 <                                ne++;
372 <                        } else
373 <                                addcolor(acol, ar.rcol);
374 <                }
375 <        }
376 <        for (k = 0; k < ne; k++) {              /* compute errors */
377 <                if (div[k].n > 1)
378 <                        div[k].k /= div[k].n;
379 <                div[k].n = 1;
380 <        }
381 <                                                /* sort the divisions */
382 <        qsort(div, ne, sizeof(AMBSAMP), ambcmp);
383 <                                                /* skim excess */
384 <        while (ne > ns) {
385 <                ne--;
386 <                addcolor(acol, div[ne].v);
387 <        }
388 <                                                /* super-sample */
389 <        for (i = ns; i > 0; i--) {
390 <                rayorigin(&ar, r, AMBIENT, 0.5);        /* pretested */
391 <                hlist[1] = div[0].t;
392 <                hlist[2] = div[0].p;
393 <                hlist[3] = 0;
394 <                zd = sqrt((div[0].t+urand(ilhash(hlist,4)+div[0].n))/nt);
395 <                hlist[3] = 1;
396 <                phi = 2.0*PI * (div[0].p+urand(ilhash(hlist,4)+div[0].n))/np;
397 <                xd = cos(phi) * zd;
398 <                yd = sin(phi) * zd;
399 <                zd = sqrt(1.0 - zd*zd);
400 <                for (k = 0; k < 3; k++)
401 <                        ar.rdir[k] = xd*ux[k]+yd*uy[k]+zd*r->ron[k];
402 <                dimlist[ndims++] = div[0].t*np + div[0].p + 38813;
403 <                rayvalue(&ar);
404 <                ndims--;
405 <                rayvalue(&ar);
406 <                if (ar.rot < FHUGE)
407 <                        arad += 1.0 / ar.rot;
408 <                                                /* recompute error */
409 <                copycolor(dnew.v, div[0].v);
410 <                addcolor(dnew.v, ar.rcol);
411 <                dnew.n = div[0].n + 1;
412 <                dnew.t = div[0].t; dnew.p = div[0].p;
413 <                b2 = bright(dnew.v)/dnew.n - bright(ar.rcol);
414 <                b2 = b2*b2 + div[0].k*(div[0].n*div[0].n);
415 <                dnew.k = b2/(dnew.n*dnew.n);
416 <                                                /* reinsert */
417 <                for (k = 0; k < ne-1 && dnew.k < div[k+1].k; k++)
418 <                        copystruct(&div[k], &div[k+1]);
419 <                copystruct(&div[k], &dnew);
420 <
421 <                if (ne >= i) {          /* extract darkest division */
422 <                        ne--;
423 <                        if (div[ne].n > 1)
424 <                                scalecolor(div[ne].v, 1.0/div[ne].n);
425 <                        addcolor(acol, div[ne].v);
426 <                }
427 <        }
428 <        scalecolor(acol, 1.0/ndivs);
429 <        if (arad <= FTINY)
430 <                arad = FHUGE;
431 <        else
432 <                arad = (ndivs+ns) / arad / sqrt(r->rweight);
433 <        if (arad > maxarad)
434 <                arad = maxarad;
435 <        else if (arad < minarad)
436 <                arad = minarad;
437 <        if (ns > 0)
438 <                free((char *)div);
439 <        return(arad);
302 >        copycolor(cr, ap->val);
303 >        scalecolor(cr, d);
304   }
305  
306  
307 < static int
308 < ambcmp(d1, d2)                          /* decreasing order */
309 < AMBSAMP  *d1, *d2;
307 > static
308 > initambfile(creat)              /* initialize ambient file */
309 > int  creat;
310   {
311 <        if (d1->k < d2->k)
312 <                return(1);
313 <        if (d1->k > d2->k)
314 <                return(-1);
315 <        return(0);
311 >        extern char  *progname, *octname, VersionID[];
312 >
313 >        setbuf(ambfp, bmalloc(BUFSIZ));
314 >        if (creat) {                    /* new file */
315 >                fprintf(ambfp, "%s -av %g %g %g -ab %d -aa %g ",
316 >                                progname, colval(ambval,RED),
317 >                                colval(ambval,GRN), colval(ambval,BLU),
318 >                                ambounce, ambacc);
319 >                fprintf(ambfp, "-ad %d -as %d -ar %d %s\n",
320 >                                ambdiv, ambssamp, ambres,
321 >                                octname==NULL ? "" : octname);
322 >                fprintf(ambfp, "SOFTWARE= %s\n", VersionID);
323 >                fputformat(AMBFMT, ambfp);
324 >                putc('\n', ambfp);
325 >                putambmagic(ambfp);
326 >                fflush(ambfp);
327 >        } else if (checkheader(ambfp, AMBFMT, NULL) < 0
328 >                        || !hasambmagic(ambfp)) {
329 >                sprintf(errmsg, "\"%s\" is not an ambient file", afname);
330 >                error(USER, errmsg);
331 >        }
332   }
333  
334  
335   static
336 < avsave(av)                              /* save an ambient value */
336 > avsave(av)                              /* insert and save an ambient value */
337   AMBVAL  *av;
338   {
459 #ifdef  AMBFLUSH
339          static int  nunflshed = 0;
340 < #endif
340 >
341 >        avinsert(av, &atrunk, thescene.cuorg, thescene.cusize);
342          if (ambfp == NULL)
343                  return;
344 <        if (fwrite((char *)av, sizeof(AMBVAL), 1, ambfp) != 1)
344 >        if (writambval(av, ambfp) < 0)
345                  goto writerr;
466 #ifdef  AMBFLUSH
346          if (++nunflshed >= AMBFLUSH) {
347 <                if (fflush(ambfp) == EOF)
347 >                if (ambsync() == EOF)
348                          goto writerr;
349                  nunflshed = 0;
350          }
472 #endif
351          return;
352   writerr:
353          error(SYSTEM, "error writing ambient file");
# Line 510 | Line 388 | double  s;
388          return;
389   memerr:
390          error(SYSTEM, "out of memory in avinsert");
391 + }
392 +
393 +
394 + #include  <fcntl.h>
395 +
396 +
397 + static
398 + ambsync()                       /* synchronize ambient file */
399 + {
400 +        static FILE  *ambinp = NULL;
401 +        struct flock  fls;
402 +        AMBVAL  avs;
403 +        long  lastpos, flen;
404 +        register int  n;
405 +                                /* gain exclusive access */
406 +        fls.l_type = F_WRLCK;
407 +        fls.l_whence = 0;
408 +        fls.l_start = 0L;
409 +        fls.l_len = 0L;
410 +        if (fcntl(fileno(ambfp), F_SETLKW, &fls) < 0)
411 +                error(SYSTEM, "cannot lock ambient file");
412 +                                /* see if file has grown */
413 +        lastpos = lseek(fileno(ambfp), 0L, 1);  /* get previous position */
414 +        flen = lseek(fileno(ambfp), 0L, 2);     /* new(?) file length */
415 +        if (n = (flen - lastpos)%AMBVALSIZ)     /* assure alignment */
416 +                lseek(fileno(ambfp), (long)-n, 1);
417 +        if (n = (flen - lastpos)/AMBVALSIZ) {   /* file has grown */
418 +                if (ambinp == NULL && (ambinp = fopen(afname, "r")) == NULL)
419 +                        error(SYSTEM, "cannot reopen ambient file");
420 +                fseek(ambinp, lastpos, 0);      /* go to previous position */
421 +                while (n--) {                   /* load contributed values */
422 +                        readambval(&avs, ambinp);
423 +                        avinsert(&avs,&atrunk,thescene.cuorg,thescene.cusize);
424 +                }
425 +        }
426 +        n = fflush(ambfp);                      /* calls write() at last */
427 +        fls.l_type = F_UNLCK;                   /* release file */
428 +        fcntl(fileno(ambfp), F_SETLKW, &fls);
429 +        return(n);
430   }

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