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

Comparing ray/src/rt/aniso.c (file contents):
Revision 2.46 by greg, Fri Oct 1 18:11:18 2010 UTC vs.
Revision 2.58 by greg, Tue Feb 24 19:39:26 2015 UTC

# Line 14 | Line 14 | static const char RCSid[] = "$Id$";
14   #include  "source.h"
15   #include  "func.h"
16   #include  "random.h"
17 + #include  "pmapmat.h"
18  
19   #ifndef  MAXITER
20   #define  MAXITER        10              /* maximum # specular ray attempts */
# Line 21 | Line 22 | static const char RCSid[] = "$Id$";
22  
23   /*
24   *      This routine implements the anisotropic Gaussian
25 < *  model described by Ward in Siggraph `92 article.
25 > *  model described by Ward in Siggraph `92 article, updated with
26 > *  normalization and sampling adjustments due to Geisler-Moroder and Duer.
27   *      We orient the surface towards the incoming ray, so a single
28   *  surface can be used to represent an infinitely thin object.
29   *
30   *  Arguments for MAT_PLASTIC2 and MAT_METAL2 are:
31   *  4+ ux       uy      uz      funcfile        [transform...]
32   *  0
33 < *  6  red      grn     blu     specular-frac.  u-facet-slope v-facet-slope
33 > *  6  red      grn     blu     specular-frac.  u-rough v-rough
34   *
35   *  Real arguments for MAT_TRANS2 are:
36   *  8  red      grn     blu     rspec   u-rough v-rough trans   tspec
# Line 40 | Line 42 | static const char RCSid[] = "$Id$";
42   #define  SP_FLAT        04              /* reflecting surface is flat */
43   #define  SP_RBLT        010             /* reflection below sample threshold */
44   #define  SP_TBLT        020             /* transmission below threshold */
43 – #define  SP_BADU        040             /* bad u direction calculation */
45  
46   typedef struct {
47          OBJREC  *mp;            /* material pointer */
# Line 60 | Line 61 | typedef struct {
61          double  pdot;           /* perturbed dot product */
62   }  ANISODAT;            /* anisotropic material data */
63  
64 < static srcdirf_t diraniso;
65 < static void getacoords(RAY  *r, ANISODAT  *np);
65 < static void agaussamp(RAY  *r, ANISODAT  *np);
64 > static void getacoords(ANISODAT  *np);
65 > static void agaussamp(ANISODAT  *np);
66  
67  
68   static void
69   diraniso(               /* compute source contribution */
70          COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
71 <        void  *nnp,             /* material data */
71 >        void  *nnp,                     /* material data */
72          FVECT  ldir,                    /* light source direction */
73          double  omega                   /* light source size */
74   )
75   {
76 <        register ANISODAT *np = nnp;
76 >        ANISODAT *np = nnp;
77          double  ldot;
78          double  dtmp, dtmp1, dtmp2;
79          FVECT  h;
# Line 87 | Line 87 | diraniso(              /* compute source contribution */
87          if (ldot < 0.0 ? np->trans <= FTINY : np->trans >= 1.0-FTINY)
88                  return;         /* wrong side */
89  
90 <        if (ldot > FTINY && np->rdiff > FTINY) {
90 >        if ((ldot > FTINY) & (np->rdiff > FTINY)) {
91                  /*
92                   *  Compute and add diffuse reflected component to returned
93                   *  color.  The diffuse reflected component will always be
# Line 98 | Line 98 | diraniso(              /* compute source contribution */
98                  scalecolor(ctmp, dtmp);
99                  addcolor(cval, ctmp);
100          }
101 <        if (ldot > FTINY && (np->specfl&(SP_REFL|SP_BADU)) == SP_REFL) {
101 >
102 >        if ((ldot < -FTINY) & (np->tdiff > FTINY)) {
103                  /*
104 +                 *  Compute diffuse transmission.
105 +                 */
106 +                copycolor(ctmp, np->mcolor);
107 +                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff * (1.0/PI);
108 +                scalecolor(ctmp, dtmp);
109 +                addcolor(cval, ctmp);
110 +        }
111 +
112 +        /* PMAP: skip direct specular refl via ambient bounce if already
113 +         * accounted for in photon map */
114 +        if (ambRayInPmap(np->rp))
115 +                return;
116 +        
117 +        if (ldot > FTINY && np->specfl&SP_REFL) {
118 +                /*
119                   *  Compute specular reflection coefficient using
120                   *  anisotropic Gaussian distribution model.
121                   */
# Line 111 | Line 127 | diraniso(              /* compute source contribution */
127                  au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
128                  av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
129                                                  /* half vector */
130 <                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];
130 >                VSUB(h, ldir, np->rp->rdir);
131                                                  /* ellipse */
132                  dtmp1 = DOT(np->u, h);
133                  dtmp1 *= dtmp1 / au2;
# Line 133 | Line 147 | diraniso(              /* compute source contribution */
147                          addcolor(cval, ctmp);
148                  }
149          }
150 <        if (ldot < -FTINY && np->tdiff > FTINY) {
150 >        
151 >        if (ldot < -FTINY && np->specfl&SP_TRAN) {
152                  /*
138 –                 *  Compute diffuse transmission.
139 –                 */
140 –                copycolor(ctmp, np->mcolor);
141 –                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff * (1.0/PI);
142 –                scalecolor(ctmp, dtmp);
143 –                addcolor(cval, ctmp);
144 –        }
145 –        if (ldot < -FTINY && (np->specfl&(SP_TRAN|SP_BADU)) == SP_TRAN) {
146 –                /*
153                   *  Compute specular transmission.  Specular transmission
154                   *  is always modified by material color.
155                   */
# Line 152 | Line 158 | diraniso(              /* compute source contribution */
158                  au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
159                  av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
160                                                  /* "half vector" */
161 <                h[0] = ldir[0] - np->prdir[0];
156 <                h[1] = ldir[1] - np->prdir[1];
157 <                h[2] = ldir[2] - np->prdir[2];
161 >                VSUB(h, ldir, np->prdir);
162                  dtmp = DOT(h,h);
163                  if (dtmp > FTINY*FTINY) {
164                          dtmp1 = DOT(h,np->pnorm);
# Line 181 | Line 185 | diraniso(              /* compute source contribution */
185   }
186  
187  
188 < extern int
188 > int
189   m_aniso(                        /* shade ray that hit something anisotropic */
190 <        register OBJREC  *m,
191 <        register RAY  *r
190 >        OBJREC  *m,
191 >        RAY  *r
192   )
193   {
194          ANISODAT  nd;
195          COLOR  ctmp;
196 <        register int  i;
196 >        int  i;
197                                                  /* easy shadow test */
198          if (r->crtype & SHADOW)
199                  return(1);
# Line 198 | Line 202 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
202                  objerror(m, USER, "bad number of real arguments");
203                                                  /* check for back side */
204          if (r->rod < 0.0) {
205 <                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS2) {
205 >                if (!backvis) {
206                          raytrans(r);
207                          return(1);
208                  }
# Line 216 | Line 220 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
220          nd.specfl = 0;
221          nd.u_alpha = m->oargs.farg[4];
222          nd.v_alpha = m->oargs.farg[5];
223 <        if (nd.u_alpha <= FTINY || nd.v_alpha <= FTINY)
223 >        if ((nd.u_alpha <= FTINY) | (nd.v_alpha <= FTINY))
224                  objerror(m, USER, "roughness too small");
225  
226          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
# Line 236 | Line 240 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
240                  if (specthresh >= nd.rspec-FTINY)
241                          nd.specfl |= SP_RBLT;
242                                                  /* compute refl. direction */
243 <                for (i = 0; i < 3; i++)
240 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
243 >                VSUM(nd.vrefl, r->rdir, nd.pnorm, 2.0*nd.pdot);
244                  if (DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)     /* penetration? */
245 <                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
243 <                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
245 >                        VSUM(nd.vrefl, r->rdir, r->ron, 2.0*r->rod);
246          }
247                                                  /* compute transmission */
248          if (m->otype == MAT_TRANS2) {
# Line 272 | Line 274 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
274          if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
275                  nd.specfl |= SP_FLAT;
276  
277 <        getacoords(r, &nd);                     /* set up coordinates */
277 >        getacoords(&nd);                        /* set up coordinates */
278  
279 <        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN) && !(nd.specfl & SP_BADU))
280 <                agaussamp(r, &nd);
279 >        /* PMAP: skip indirect specular via ambient bounce if already accounted
280 >         * for in photon map */
281 >        if (!ambRayInPmap(r) && nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN))
282 >                agaussamp(&nd);
283  
284          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
285                  copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
286 <                if (nd.specfl & SP_RBLT)
287 <                        scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
288 <                else
285 <                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
286 >                scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
287 >                if (nd.specfl & SP_RBLT)        /* add in specular as well? */
288 >                        addcolor(ctmp, nd.scolor);
289                  multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
290                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
291          }
292 +        
293          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
294                  FVECT  bnorm;
295  
# Line 308 | Line 312 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
312          return(1);
313   }
314  
311 –
315   static void
316   getacoords(             /* set up coordinate system */
317 <        RAY  *r,
315 <        register ANISODAT  *np
317 >        ANISODAT  *np
318   )
319   {
320 <        register MFUNC  *mf;
321 <        register int  i;
320 >        MFUNC  *mf;
321 >        int  i;
322  
323          mf = getfunc(np->mp, 3, 0x7, 1);
324 <        setfunc(np->mp, r);
324 >        setfunc(np->mp, np->rp);
325          errno = 0;
326          for (i = 0; i < 3; i++)
327                  np->u[i] = evalue(mf->ep[i]);
328 <        if (errno == EDOM || errno == ERANGE) {
329 <                objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
330 <                np->specfl |= SP_BADU;
331 <                return;
330 <        }
331 <        if (mf->f != &unitxf)
332 <                multv3(np->u, np->u, mf->f->xfm);
328 >        if ((errno == EDOM) | (errno == ERANGE))
329 >                np->u[0] = np->u[1] = np->u[2] = 0.0;
330 >        if (mf->fxp != &unitxf)
331 >                multv3(np->u, np->u, mf->fxp->xfm);
332          fcross(np->v, np->pnorm, np->u);
333          if (normalize(np->v) == 0.0) {
334 <                objerror(np->mp, WARNING, "illegal orientation vector");
335 <                np->specfl |= SP_BADU;
336 <                return;
337 <        }
338 <        fcross(np->u, np->v, np->pnorm);
334 >                if (fabs(np->u_alpha - np->v_alpha) > 0.001)
335 >                        objerror(np->mp, WARNING, "illegal orientation vector");
336 >                getperpendicular(np->u, np->pnorm);     /* punting */
337 >                fcross(np->v, np->pnorm, np->u);
338 >                np->u_alpha = np->v_alpha = sqrt( 0.5 *
339 >                        (np->u_alpha*np->u_alpha + np->v_alpha*np->v_alpha) );
340 >        } else
341 >                fcross(np->u, np->v, np->pnorm);
342   }
343  
344  
345   static void
346   agaussamp(              /* sample anisotropic Gaussian specular */
347 <        RAY  *r,
346 <        register ANISODAT  *np
347 >        ANISODAT  *np
348   )
349   {
350          RAY  sr;
351          FVECT  h;
352          double  rv[2];
353          double  d, sinp, cosp;
354 <        int  niter;
355 <        register int  i;
354 >        COLOR   scol;
355 >        int  maxiter, ntrials, nstarget, nstaken;
356 >        int  i;
357                                          /* compute reflection */
358          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
359 <                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, np->scolor) == 0) {
360 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
361 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
362 <                        if (niter)
359 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, np->scolor) == 0) {
360 >                nstarget = 1;
361 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
362 >                        nstarget = specjitter*np->rp->rweight + .5;
363 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
364 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
365 >                        if (nstarget > 1) {
366 >                                d = 1./nstarget;
367 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
368 >                                sr.rweight *= d;
369 >                        } else
370 >                                nstarget = 1;
371 >                }
372 >                setcolor(scol, 0., 0., 0.);
373 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
374 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
375 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
376 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
377 >                        if (ntrials)
378                                  d = frandom();
379                          else
380                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
# Line 365 | Line 382 | agaussamp(             /* sample anisotropic Gaussian specular */
382                          d = 2.0*PI * rv[0];
383                          cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
384                          sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
385 <                        d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
386 <                        cosp /= d;
387 <                        sinp /= d;
388 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
385 >                        d = 1./sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
386 >                        cosp *= d;
387 >                        sinp *= d;
388 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
389 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
390                          if (rv[1] <= FTINY)
391                                  d = 1.0;
392                          else
# Line 378 | Line 396 | agaussamp(             /* sample anisotropic Gaussian specular */
396                          for (i = 0; i < 3; i++)
397                                  h[i] = np->pnorm[i] +
398                                          d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
399 <                        d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
400 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
401 <                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
402 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) > FTINY) {
403 <                                checknorm(sr.rdir);
399 >                        d = -2.0 * DOT(h, np->rp->rdir) / (1.0 + d*d);
400 >                        VSUM(sr.rdir, np->rp->rdir, h, d);
401 >                                                /* sample rejection test */
402 >                        if ((d = DOT(sr.rdir, np->rp->ron)) <= FTINY)
403 >                                continue;
404 >                        checknorm(sr.rdir);
405 >                        if (nstarget > 1) {     /* W-G-M-D adjustment */
406 >                                if (nstaken) rayclear(&sr);
407                                  rayvalue(&sr);
408 +                                d = 2./(1. + np->rp->rod/d);
409 +                                scalecolor(sr.rcol, d);
410 +                                addcolor(scol, sr.rcol);
411 +                        } else {
412 +                                rayvalue(&sr);
413                                  multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
414 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
389 <                                break;
414 >                                addcolor(np->rp->rcol, sr.rcol);
415                          }
416 +                        ++nstaken;
417                  }
418 +                if (nstarget > 1) {             /* final W-G-M-D weighting */
419 +                        multcolor(scol, sr.rcoef);
420 +                        d = (double)nstarget/ntrials;
421 +                        scalecolor(scol, d);
422 +                        addcolor(np->rp->rcol, scol);
423 +                }
424                  ndims--;
425          }
426                                          /* compute transmission */
427          copycolor(sr.rcoef, np->mcolor);                /* modify by material color */
428          scalecolor(sr.rcoef, np->tspec);
429          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
430 <                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, sr.rcoef) == 0) {
431 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
432 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
433 <                        if (niter)
430 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, sr.rcoef) == 0) {
431 >                nstarget = 1;
432 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
433 >                        nstarget = specjitter*np->rp->rweight + .5;
434 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
435 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
436 >                        if (nstarget > 1) {
437 >                                d = 1./nstarget;
438 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
439 >                                sr.rweight *= d;
440 >                        } else
441 >                                nstarget = 1;
442 >                }
443 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
444 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
445 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
446 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
447 >                        if (ntrials)
448                                  d = frandom();
449                          else
450                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
# Line 406 | Line 452 | agaussamp(             /* sample anisotropic Gaussian specular */
452                          d = 2.0*PI * rv[0];
453                          cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
454                          sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
455 <                        d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
456 <                        cosp /= d;
457 <                        sinp /= d;
458 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
455 >                        d = 1./sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
456 >                        cosp *= d;
457 >                        sinp *= d;
458 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
459 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
460                          if (rv[1] <= FTINY)
461                                  d = 1.0;
462                          else
# Line 419 | Line 466 | agaussamp(             /* sample anisotropic Gaussian specular */
466                          for (i = 0; i < 3; i++)
467                                  sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
468                                                  d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
469 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY) {
470 <                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
471 <                                rayvalue(&sr);
472 <                                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
473 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
474 <                                break;
475 <                        }
469 >                        if (DOT(sr.rdir, np->rp->ron) >= -FTINY)
470 >                                continue;
471 >                        normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
472 >                        if (nstaken)            /* multi-sampling */
473 >                                rayclear(&sr);
474 >                        rayvalue(&sr);
475 >                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
476 >                        addcolor(np->rp->rcol, sr.rcol);
477 >                        ++nstaken;
478                  }
479                  ndims--;
480          }

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> Changed lines