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

Comparing ray/src/rt/aniso.c (file contents):
Revision 2.47 by greg, Fri Oct 8 22:08:26 2010 UTC vs.
Revision 2.61 by greg, Wed Sep 2 18:59:01 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 +        if (ambRayInPmap(np->rp))
113 +                return;         /* specular accounted for in photon map */
114 +
115 +        if (ldot > FTINY && np->specfl&SP_REFL) {
116 +                /*
117                   *  Compute specular reflection coefficient using
118                   *  anisotropic Gaussian distribution model.
119                   */
# Line 111 | Line 125 | diraniso(              /* compute source contribution */
125                  au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
126                  av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
127                                                  /* half vector */
128 <                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];
128 >                VSUB(h, ldir, np->rp->rdir);
129                                                  /* ellipse */
130                  dtmp1 = DOT(np->u, h);
131                  dtmp1 *= dtmp1 / au2;
# Line 133 | Line 145 | diraniso(              /* compute source contribution */
145                          addcolor(cval, ctmp);
146                  }
147          }
148 <        if (ldot < -FTINY && np->tdiff > FTINY) {
148 >        
149 >        if (ldot < -FTINY && np->specfl&SP_TRAN) {
150                  /*
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 –                /*
151                   *  Compute specular transmission.  Specular transmission
152                   *  is always modified by material color.
153                   */
# Line 152 | Line 156 | diraniso(              /* compute source contribution */
156                  au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
157                  av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
158                                                  /* "half vector" */
159 <                h[0] = ldir[0] - np->prdir[0];
156 <                h[1] = ldir[1] - np->prdir[1];
157 <                h[2] = ldir[2] - np->prdir[2];
159 >                VSUB(h, ldir, np->prdir);
160                  dtmp = DOT(h,h);
161                  if (dtmp > FTINY*FTINY) {
162                          dtmp1 = DOT(h,np->pnorm);
# Line 181 | Line 183 | diraniso(              /* compute source contribution */
183   }
184  
185  
186 < extern int
186 > int
187   m_aniso(                        /* shade ray that hit something anisotropic */
188 <        register OBJREC  *m,
189 <        register RAY  *r
188 >        OBJREC  *m,
189 >        RAY  *r
190   )
191   {
192          ANISODAT  nd;
193          COLOR  ctmp;
194 <        register int  i;
194 >        int  i;
195                                                  /* easy shadow test */
196          if (r->crtype & SHADOW)
197                  return(1);
# Line 198 | Line 200 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
200                  objerror(m, USER, "bad number of real arguments");
201                                                  /* check for back side */
202          if (r->rod < 0.0) {
203 <                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS2) {
203 >                if (!backvis) {
204                          raytrans(r);
205                          return(1);
206                  }
# Line 216 | Line 218 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
218          nd.specfl = 0;
219          nd.u_alpha = m->oargs.farg[4];
220          nd.v_alpha = m->oargs.farg[5];
221 <        if (nd.u_alpha <= FTINY || nd.v_alpha <= FTINY)
221 >        if ((nd.u_alpha <= FTINY) | (nd.v_alpha <= FTINY))
222                  objerror(m, USER, "roughness too small");
223  
224          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
# Line 270 | Line 272 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
272          if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
273                  nd.specfl |= SP_FLAT;
274  
275 <        getacoords(r, &nd);                     /* set up coordinates */
275 >        getacoords(&nd);                        /* set up coordinates */
276  
277 <        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN) && !(nd.specfl & SP_BADU))
278 <                agaussamp(r, &nd);
277 >        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN))
278 >                agaussamp(&nd);
279  
280          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
281                  copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
282 <                if (nd.specfl & SP_RBLT)
283 <                        scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
284 <                else
283 <                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
282 >                scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
283 >                if (nd.specfl & SP_RBLT)        /* add in specular as well? */
284 >                        addcolor(ctmp, nd.scolor);
285                  multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
286                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
287          }
288 +        
289          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
290                  FVECT  bnorm;
291  
# Line 306 | Line 308 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
308          return(1);
309   }
310  
309 –
311   static void
312   getacoords(             /* set up coordinate system */
313 <        RAY  *r,
313 <        register ANISODAT  *np
313 >        ANISODAT  *np
314   )
315   {
316 <        register MFUNC  *mf;
317 <        register int  i;
316 >        MFUNC  *mf;
317 >        int  i;
318  
319          mf = getfunc(np->mp, 3, 0x7, 1);
320 <        setfunc(np->mp, r);
320 >        setfunc(np->mp, np->rp);
321          errno = 0;
322          for (i = 0; i < 3; i++)
323                  np->u[i] = evalue(mf->ep[i]);
324 <        if (errno == EDOM || errno == ERANGE) {
325 <                objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
326 <                np->specfl |= SP_BADU;
327 <                return;
328 <        }
329 <        if (mf->f != &unitxf)
330 <                multv3(np->u, np->u, mf->f->xfm);
324 >        if ((errno == EDOM) | (errno == ERANGE))
325 >                np->u[0] = np->u[1] = np->u[2] = 0.0;
326 >        if (mf->fxp != &unitxf)
327 >                multv3(np->u, np->u, mf->fxp->xfm);
328          fcross(np->v, np->pnorm, np->u);
329          if (normalize(np->v) == 0.0) {
330 <                objerror(np->mp, WARNING, "illegal orientation vector");
331 <                np->specfl |= SP_BADU;
332 <                return;
333 <        }
334 <        fcross(np->u, np->v, np->pnorm);
330 >                if (fabs(np->u_alpha - np->v_alpha) > 0.001)
331 >                        objerror(np->mp, WARNING, "illegal orientation vector");
332 >                getperpendicular(np->u, np->pnorm, 1);  /* punting */
333 >                fcross(np->v, np->pnorm, np->u);
334 >                np->u_alpha = np->v_alpha = sqrt( 0.5 *
335 >                        (np->u_alpha*np->u_alpha + np->v_alpha*np->v_alpha) );
336 >        } else
337 >                fcross(np->u, np->v, np->pnorm);
338   }
339  
340  
341   static void
342   agaussamp(              /* sample anisotropic Gaussian specular */
343 <        RAY  *r,
344 <        register ANISODAT  *np
343 >        ANISODAT  *np
344   )
345   {
346          RAY  sr;
# Line 349 | Line 348 | agaussamp(             /* sample anisotropic Gaussian specular */
348          double  rv[2];
349          double  d, sinp, cosp;
350          COLOR   scol;
351 <        int  niter, ns2go;
352 <        register int  i;
351 >        int  maxiter, ntrials, nstarget, nstaken;
352 >        int  i;
353                                          /* compute reflection */
354          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
355 <                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, np->scolor) == 0) {
356 <                copycolor(scol, np->scolor);
358 <                ns2go = 1;
355 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, np->scolor) == 0) {
356 >                nstarget = 1;
357                  if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
358 <                        ns2go = specjitter*r->rweight + .5;
359 <                        if ((d = bright(scol)) <= minweight*ns2go)
360 <                                ns2go = d/minweight;
361 <                        if (ns2go > 1) {
362 <                                d = 1./ns2go;
363 <                                scalecolor(scol, d);
358 >                        nstarget = specjitter*np->rp->rweight + .5;
359 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
360 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
361 >                        if (nstarget > 1) {
362 >                                d = 1./nstarget;
363 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
364 >                                sr.rweight *= d;
365                          } else
366 <                                ns2go = 1;
366 >                                nstarget = 1;
367                  }
368 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
369 <                for (niter = ns2go*MAXITER; (ns2go > 0) & (niter > 0); niter--) {
370 <                        if (specjitter > 1.5)
368 >                setcolor(scol, 0., 0., 0.);
369 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
370 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
371 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
372 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
373 >                        if (ntrials)
374                                  d = frandom();
375                          else
376                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
# Line 390 | Line 392 | agaussamp(             /* sample anisotropic Gaussian specular */
392                          for (i = 0; i < 3; i++)
393                                  h[i] = np->pnorm[i] +
394                                          d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
395 <                        d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
396 <                        if (d <= np->pdot + FTINY)
395 >                        d = -2.0 * DOT(h, np->rp->rdir) / (1.0 + d*d);
396 >                        VSUM(sr.rdir, np->rp->rdir, h, d);
397 >                                                /* sample rejection test */
398 >                        if ((d = DOT(sr.rdir, np->rp->ron)) <= FTINY)
399                                  continue;
396 –                        VSUM(sr.rdir, r->rdir, h, d);
397 –                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)
398 –                                continue;
400                          checknorm(sr.rdir);
401 <                        if (specjitter > 1.5) { /* adjusted W-G-M-D weight */
402 <                                copycolor(sr.rcoef, scol);
403 <                                d = 2.*(1. - np->pdot/d);
404 <                                scalecolor(sr.rcoef, d);
405 <                                rayclear(&sr);
401 >                        if (nstarget > 1) {     /* W-G-M-D adjustment */
402 >                                if (nstaken) rayclear(&sr);
403 >                                rayvalue(&sr);
404 >                                d = 2./(1. + np->rp->rod/d);
405 >                                scalecolor(sr.rcol, d);
406 >                                addcolor(scol, sr.rcol);
407 >                        } else {
408 >                                rayvalue(&sr);
409 >                                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
410 >                                addcolor(np->rp->rcol, sr.rcol);
411                          }
412 <                        rayvalue(&sr);
407 <                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
408 <                        addcolor(r->rcol, sr.rcol);
409 <                        --ns2go;
412 >                        ++nstaken;
413                  }
414 +                if (nstarget > 1) {             /* final W-G-M-D weighting */
415 +                        multcolor(scol, sr.rcoef);
416 +                        d = (double)nstarget/ntrials;
417 +                        scalecolor(scol, d);
418 +                        addcolor(np->rp->rcol, scol);
419 +                }
420                  ndims--;
421          }
422                                          /* compute transmission */
423          copycolor(sr.rcoef, np->mcolor);                /* modify by material color */
424          scalecolor(sr.rcoef, np->tspec);
425          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
426 <                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, sr.rcoef) == 0) {
427 <                copycolor(scol, sr.rcoef);
419 <                ns2go = 1;
426 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, sr.rcoef) == 0) {
427 >                nstarget = 1;
428                  if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
429 <                        ns2go = specjitter*r->rweight + .5;
430 <                        if ((d = bright(scol)) <= minweight*ns2go)
431 <                                ns2go = d/minweight;
432 <                        if (ns2go > 1) {
433 <                                d = 1./ns2go;
434 <                                scalecolor(scol, d);
429 >                        nstarget = specjitter*np->rp->rweight + .5;
430 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
431 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
432 >                        if (nstarget > 1) {
433 >                                d = 1./nstarget;
434 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
435 >                                sr.rweight *= d;
436                          } else
437 <                                ns2go = 1;
437 >                                nstarget = 1;
438                  }
439 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
440 <                for (niter = ns2go*MAXITER; (ns2go > 0) & (niter > 0); niter--) {
441 <                        if (specjitter > 1.5)
439 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
440 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
441 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
442 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
443 >                        if (ntrials)
444                                  d = frandom();
445                          else
446                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
# Line 451 | Line 462 | agaussamp(             /* sample anisotropic Gaussian specular */
462                          for (i = 0; i < 3; i++)
463                                  sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
464                                                  d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
465 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) >= -FTINY)
465 >                        if (DOT(sr.rdir, np->rp->ron) >= -FTINY)
466                                  continue;
467                          normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
468 <                        if (specjitter > 1.5) { /* multi-sampling */
458 <                                copycolor(sr.rcoef, scol);
468 >                        if (nstaken)            /* multi-sampling */
469                                  rayclear(&sr);
460 –                        }
470                          rayvalue(&sr);
471                          multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
472 <                        addcolor(r->rcol, sr.rcol);
473 <                        --ns2go;
472 >                        addcolor(np->rp->rcol, sr.rcol);
473 >                        ++nstaken;
474                  }
475                  ndims--;
476          }

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+ Added lines
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> Changed lines