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

Comparing ray/src/rt/aniso.c (file contents):
Revision 2.43 by greg, Tue Apr 19 01:15:06 2005 UTC vs.
Revision 2.57 by greg, Thu Dec 4 05:26:28 2014 UTC

# Line 21 | Line 21 | static const char RCSid[] = "$Id$";
21  
22   /*
23   *      This routine implements the anisotropic Gaussian
24 < *  model described by Ward in Siggraph `92 article.
24 > *  model described by Ward in Siggraph `92 article, updated with
25 > *  normalization and sampling adjustments due to Geisler-Moroder and Duer.
26   *      We orient the surface towards the incoming ray, so a single
27   *  surface can be used to represent an infinitely thin object.
28   *
29   *  Arguments for MAT_PLASTIC2 and MAT_METAL2 are:
30   *  4+ ux       uy      uz      funcfile        [transform...]
31   *  0
32 < *  6  red      grn     blu     specular-frac.  u-facet-slope v-facet-slope
32 > *  6  red      grn     blu     specular-frac.  u-rough v-rough
33   *
34   *  Real arguments for MAT_TRANS2 are:
35   *  8  red      grn     blu     rspec   u-rough v-rough trans   tspec
# Line 40 | Line 41 | static const char RCSid[] = "$Id$";
41   #define  SP_FLAT        04              /* reflecting surface is flat */
42   #define  SP_RBLT        010             /* reflection below sample threshold */
43   #define  SP_TBLT        020             /* transmission below threshold */
43 – #define  SP_BADU        040             /* bad u direction calculation */
44  
45   typedef struct {
46          OBJREC  *mp;            /* material pointer */
# Line 60 | Line 60 | typedef struct {
60          double  pdot;           /* perturbed dot product */
61   }  ANISODAT;            /* anisotropic material data */
62  
63 < static srcdirf_t diraniso;
64 < static void getacoords(RAY  *r, ANISODAT  *np);
65 < static void agaussamp(RAY  *r, ANISODAT  *np);
63 > static void getacoords(ANISODAT  *np);
64 > static void agaussamp(ANISODAT  *np);
65  
66  
67   static void
68   diraniso(               /* compute source contribution */
69          COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
70 <        void  *nnp,             /* material data */
70 >        void  *nnp,                     /* material data */
71          FVECT  ldir,                    /* light source direction */
72          double  omega                   /* light source size */
73   )
74   {
75 <        register ANISODAT *np = nnp;
75 >        ANISODAT *np = nnp;
76          double  ldot;
77          double  dtmp, dtmp1, dtmp2;
78          FVECT  h;
# Line 87 | Line 86 | diraniso(              /* compute source contribution */
86          if (ldot < 0.0 ? np->trans <= FTINY : np->trans >= 1.0-FTINY)
87                  return;         /* wrong side */
88  
89 <        if (ldot > FTINY && np->rdiff > FTINY) {
89 >        if ((ldot > FTINY) & (np->rdiff > FTINY)) {
90                  /*
91                   *  Compute and add diffuse reflected component to returned
92                   *  color.  The diffuse reflected component will always be
# Line 98 | Line 97 | diraniso(              /* compute source contribution */
97                  scalecolor(ctmp, dtmp);
98                  addcolor(cval, ctmp);
99          }
100 <        if (ldot > FTINY && (np->specfl&(SP_REFL|SP_BADU)) == SP_REFL) {
100 >        if (ldot > FTINY && np->specfl&SP_REFL) {
101                  /*
102                   *  Compute specular reflection coefficient using
103 <                 *  anisotropic gaussian distribution model.
103 >                 *  anisotropic Gaussian distribution model.
104                   */
105                                                  /* add source width if flat */
106                  if (np->specfl & SP_FLAT)
# Line 111 | Line 110 | diraniso(              /* compute source contribution */
110                  au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
111                  av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
112                                                  /* half vector */
113 <                h[0] = ldir[0] - np->rp->rdir[0];
115 <                h[1] = ldir[1] - np->rp->rdir[1];
116 <                h[2] = ldir[2] - np->rp->rdir[2];
113 >                VSUB(h, ldir, np->rp->rdir);
114                                                  /* ellipse */
115                  dtmp1 = DOT(np->u, h);
116                  dtmp1 *= dtmp1 / au2;
117                  dtmp2 = DOT(np->v, h);
118                  dtmp2 *= dtmp2 / av2;
119 <                                                /* gaussian */
119 >                                                /* new W-G-M-D model */
120                  dtmp = DOT(np->pnorm, h);
121 <                dtmp = (dtmp1 + dtmp2) / (dtmp*dtmp);
122 <                dtmp = exp(-dtmp) / (4.0*PI * np->pdot * sqrt(au2*av2));
121 >                dtmp *= dtmp;
122 >                dtmp1 = (dtmp1 + dtmp2) / dtmp;
123 >                dtmp = exp(-dtmp1) * DOT(h,h) /
124 >                                (PI * dtmp*dtmp * sqrt(au2*av2));
125                                                  /* worth using? */
126                  if (dtmp > FTINY) {
127                          copycolor(ctmp, np->scolor);
128 <                        dtmp *= omega;
128 >                        dtmp *= ldot * omega;
129                          scalecolor(ctmp, dtmp);
130                          addcolor(cval, ctmp);
131                  }
132          }
133 <        if (ldot < -FTINY && np->tdiff > FTINY) {
133 >        if ((ldot < -FTINY) & (np->tdiff > FTINY)) {
134                  /*
135                   *  Compute diffuse transmission.
136                   */
# Line 140 | Line 139 | diraniso(              /* compute source contribution */
139                  scalecolor(ctmp, dtmp);
140                  addcolor(cval, ctmp);
141          }
142 <        if (ldot < -FTINY && (np->specfl&(SP_TRAN|SP_BADU)) == SP_TRAN) {
142 >        if (ldot < -FTINY && np->specfl&SP_TRAN) {
143                  /*
144                   *  Compute specular transmission.  Specular transmission
145                   *  is always modified by material color.
# Line 150 | Line 149 | diraniso(              /* compute source contribution */
149                  au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
150                  av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
151                                                  /* "half vector" */
152 <                h[0] = ldir[0] - np->prdir[0];
154 <                h[1] = ldir[1] - np->prdir[1];
155 <                h[2] = ldir[2] - np->prdir[2];
152 >                VSUB(h, ldir, np->prdir);
153                  dtmp = DOT(h,h);
154                  if (dtmp > FTINY*FTINY) {
155                          dtmp1 = DOT(h,np->pnorm);
# Line 166 | Line 163 | diraniso(              /* compute source contribution */
163                          }
164                  } else
165                          dtmp = 0.0;
166 <                                                /* gaussian */
167 <                dtmp = exp(-dtmp) / (PI * np->pdot * sqrt(au2*av2));
166 >                                                /* Gaussian */
167 >                dtmp = exp(-dtmp) * (1.0/PI) * sqrt(-ldot/(np->pdot*au2*av2));
168                                                  /* worth using? */
169                  if (dtmp > FTINY) {
170                          copycolor(ctmp, np->mcolor);
# Line 179 | Line 176 | diraniso(              /* compute source contribution */
176   }
177  
178  
179 < extern int
179 > int
180   m_aniso(                        /* shade ray that hit something anisotropic */
181 <        register OBJREC  *m,
182 <        register RAY  *r
181 >        OBJREC  *m,
182 >        RAY  *r
183   )
184   {
185          ANISODAT  nd;
186          COLOR  ctmp;
187 <        register int  i;
187 >        int  i;
188                                                  /* easy shadow test */
189          if (r->crtype & SHADOW)
190                  return(1);
# Line 196 | Line 193 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
193                  objerror(m, USER, "bad number of real arguments");
194                                                  /* check for back side */
195          if (r->rod < 0.0) {
196 <                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS2) {
196 >                if (!backvis) {
197                          raytrans(r);
198                          return(1);
199                  }
# Line 214 | Line 211 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
211          nd.specfl = 0;
212          nd.u_alpha = m->oargs.farg[4];
213          nd.v_alpha = m->oargs.farg[5];
214 <        if (nd.u_alpha < FTINY || nd.v_alpha <= FTINY)
214 >        if ((nd.u_alpha <= FTINY) | (nd.v_alpha <= FTINY))
215                  objerror(m, USER, "roughness too small");
216  
217          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
# Line 234 | Line 231 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
231                  if (specthresh >= nd.rspec-FTINY)
232                          nd.specfl |= SP_RBLT;
233                                                  /* compute refl. direction */
234 <                for (i = 0; i < 3; i++)
238 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
234 >                VSUM(nd.vrefl, r->rdir, nd.pnorm, 2.0*nd.pdot);
235                  if (DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)     /* penetration? */
236 <                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
241 <                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
236 >                        VSUM(nd.vrefl, r->rdir, r->ron, 2.0*r->rod);
237          }
238                                                  /* compute transmission */
239          if (m->otype == MAT_TRANS2) {
# Line 270 | Line 265 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
265          if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
266                  nd.specfl |= SP_FLAT;
267  
268 <        getacoords(r, &nd);                     /* set up coordinates */
268 >        getacoords(&nd);                        /* set up coordinates */
269  
270 <        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN) && !(nd.specfl & SP_BADU))
271 <                agaussamp(r, &nd);
270 >        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN))
271 >                agaussamp(&nd);
272  
273          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
274                  copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
275 <                if (nd.specfl & SP_RBLT)
276 <                        scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
277 <                else
283 <                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
275 >                scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
276 >                if (nd.specfl & SP_RBLT)        /* add in specular as well? */
277 >                        addcolor(ctmp, nd.scolor);
278                  multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
279                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
280          }
# Line 309 | Line 303 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
303  
304   static void
305   getacoords(             /* set up coordinate system */
306 <        RAY  *r,
313 <        register ANISODAT  *np
306 >        ANISODAT  *np
307   )
308   {
309 <        register MFUNC  *mf;
310 <        register int  i;
309 >        MFUNC  *mf;
310 >        int  i;
311  
312          mf = getfunc(np->mp, 3, 0x7, 1);
313 <        setfunc(np->mp, r);
313 >        setfunc(np->mp, np->rp);
314          errno = 0;
315          for (i = 0; i < 3; i++)
316                  np->u[i] = evalue(mf->ep[i]);
317 <        if (errno == EDOM || errno == ERANGE) {
318 <                objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
319 <                np->specfl |= SP_BADU;
320 <                return;
328 <        }
329 <        if (mf->f != &unitxf)
330 <                multv3(np->u, np->u, mf->f->xfm);
317 >        if ((errno == EDOM) | (errno == ERANGE))
318 >                np->u[0] = np->u[1] = np->u[2] = 0.0;
319 >        if (mf->fxp != &unitxf)
320 >                multv3(np->u, np->u, mf->fxp->xfm);
321          fcross(np->v, np->pnorm, np->u);
322          if (normalize(np->v) == 0.0) {
323 <                objerror(np->mp, WARNING, "illegal orientation vector");
324 <                np->specfl |= SP_BADU;
325 <                return;
326 <        }
327 <        fcross(np->u, np->v, np->pnorm);
323 >                if (fabs(np->u_alpha - np->v_alpha) > 0.001)
324 >                        objerror(np->mp, WARNING, "illegal orientation vector");
325 >                getperpendicular(np->u, np->pnorm);     /* punting */
326 >                fcross(np->v, np->pnorm, np->u);
327 >                np->u_alpha = np->v_alpha = sqrt( 0.5 *
328 >                        (np->u_alpha*np->u_alpha + np->v_alpha*np->v_alpha) );
329 >        } else
330 >                fcross(np->u, np->v, np->pnorm);
331   }
332  
333  
334   static void
335 < agaussamp(              /* sample anisotropic gaussian specular */
336 <        RAY  *r,
344 <        register ANISODAT  *np
335 > agaussamp(              /* sample anisotropic Gaussian specular */
336 >        ANISODAT  *np
337   )
338   {
339          RAY  sr;
340          FVECT  h;
341          double  rv[2];
342          double  d, sinp, cosp;
343 <        int  niter;
344 <        register int  i;
343 >        COLOR   scol;
344 >        int  maxiter, ntrials, nstarget, nstaken;
345 >        int  i;
346                                          /* compute reflection */
347          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
348 <                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, np->scolor) == 0) {
349 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
350 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
351 <                        if (niter)
348 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, np->scolor) == 0) {
349 >                nstarget = 1;
350 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
351 >                        nstarget = specjitter*np->rp->rweight + .5;
352 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
353 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
354 >                        if (nstarget > 1) {
355 >                                d = 1./nstarget;
356 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
357 >                                sr.rweight *= d;
358 >                        } else
359 >                                nstarget = 1;
360 >                }
361 >                setcolor(scol, 0., 0., 0.);
362 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
363 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
364 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
365 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
366 >                        if (ntrials)
367                                  d = frandom();
368                          else
369                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
# Line 363 | Line 371 | agaussamp(             /* sample anisotropic gaussian specular */
371                          d = 2.0*PI * rv[0];
372                          cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
373                          sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
374 <                        d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
375 <                        cosp /= d;
376 <                        sinp /= d;
377 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
374 >                        d = 1./sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
375 >                        cosp *= d;
376 >                        sinp *= d;
377 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
378 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
379                          if (rv[1] <= FTINY)
380                                  d = 1.0;
381                          else
# Line 376 | Line 385 | agaussamp(             /* sample anisotropic gaussian specular */
385                          for (i = 0; i < 3; i++)
386                                  h[i] = np->pnorm[i] +
387                                          d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
388 <                        d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
389 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
390 <                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
391 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) > FTINY) {
388 >                        d = -2.0 * DOT(h, np->rp->rdir) / (1.0 + d*d);
389 >                        VSUM(sr.rdir, np->rp->rdir, h, d);
390 >                                                /* sample rejection test */
391 >                        if ((d = DOT(sr.rdir, np->rp->ron)) <= FTINY)
392 >                                continue;
393 >                        checknorm(sr.rdir);
394 >                        if (nstarget > 1) {     /* W-G-M-D adjustment */
395 >                                if (nstaken) rayclear(&sr);
396                                  rayvalue(&sr);
397 +                                d = 2./(1. + np->rp->rod/d);
398 +                                scalecolor(sr.rcol, d);
399 +                                addcolor(scol, sr.rcol);
400 +                        } else {
401 +                                rayvalue(&sr);
402                                  multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
403 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
386 <                                break;
403 >                                addcolor(np->rp->rcol, sr.rcol);
404                          }
405 +                        ++nstaken;
406                  }
407 +                if (nstarget > 1) {             /* final W-G-M-D weighting */
408 +                        multcolor(scol, sr.rcoef);
409 +                        d = (double)nstarget/ntrials;
410 +                        scalecolor(scol, d);
411 +                        addcolor(np->rp->rcol, scol);
412 +                }
413                  ndims--;
414          }
415                                          /* compute transmission */
416          copycolor(sr.rcoef, np->mcolor);                /* modify by material color */
417          scalecolor(sr.rcoef, np->tspec);
418          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
419 <                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, sr.rcoef) == 0) {
420 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
421 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
422 <                        if (niter)
419 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, sr.rcoef) == 0) {
420 >                nstarget = 1;
421 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
422 >                        nstarget = specjitter*np->rp->rweight + .5;
423 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
424 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
425 >                        if (nstarget > 1) {
426 >                                d = 1./nstarget;
427 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
428 >                                sr.rweight *= d;
429 >                        } else
430 >                                nstarget = 1;
431 >                }
432 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
433 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
434 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
435 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
436 >                        if (ntrials)
437                                  d = frandom();
438                          else
439                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
# Line 403 | Line 441 | agaussamp(             /* sample anisotropic gaussian specular */
441                          d = 2.0*PI * rv[0];
442                          cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
443                          sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
444 <                        d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
445 <                        cosp /= d;
446 <                        sinp /= d;
447 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
444 >                        d = 1./sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
445 >                        cosp *= d;
446 >                        sinp *= d;
447 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
448 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
449                          if (rv[1] <= FTINY)
450                                  d = 1.0;
451                          else
# Line 416 | Line 455 | agaussamp(             /* sample anisotropic gaussian specular */
455                          for (i = 0; i < 3; i++)
456                                  sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
457                                                  d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
458 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY) {
459 <                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
460 <                                rayvalue(&sr);
461 <                                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
462 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
463 <                                break;
464 <                        }
458 >                        if (DOT(sr.rdir, np->rp->ron) >= -FTINY)
459 >                                continue;
460 >                        normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
461 >                        if (nstaken)            /* multi-sampling */
462 >                                rayclear(&sr);
463 >                        rayvalue(&sr);
464 >                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
465 >                        addcolor(np->rp->rcol, sr.rcol);
466 >                        ++nstaken;
467                  }
468                  ndims--;
469          }

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