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

Comparing ray/src/rt/aniso.c (file contents):
Revision 2.29 by greg, Fri Sep 15 15:47:32 1995 UTC vs.
Revision 2.52 by greg, Wed Oct 26 03:44:56 2011 UTC

# Line 1 | Line 1
1 – /* Copyright (c) 1992 Regents of the University of California */
2 –
1   #ifndef lint
2 < static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
2 > static const char RCSid[] = "$Id$";
3   #endif
6 –
4   /*
5   *  Shading functions for anisotropic materials.
6   */
7  
8 < #include  "ray.h"
8 > #include "copyright.h"
9  
10 + #include  "ray.h"
11 + #include  "ambient.h"
12   #include  "otypes.h"
13 <
13 > #include  "rtotypes.h"
14 > #include  "source.h"
15   #include  "func.h"
16 –
16   #include  "random.h"
17  
18 < extern double  specthresh;              /* specular sampling threshold */
19 < extern double  specjitter;              /* specular sampling jitter */
18 > #ifndef  MAXITER
19 > #define  MAXITER        10              /* maximum # specular ray attempts */
20 > #endif
21  
22 – extern int  backvis;                    /* back faces visible? */
23 –
24 – static  agaussamp(), getacoords();
25 –
22   /*
23   *      This routine implements the anisotropic Gaussian
24   *  model described by Ward in Siggraph `92 article.
# Line 64 | 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);
66  
67 < diraniso(cval, np, ldir, omega)         /* compute source contribution */
68 < COLOR  cval;                    /* returned coefficient */
69 < register ANISODAT  *np;         /* material data */
70 < FVECT  ldir;                    /* light source direction */
71 < double  omega;                  /* light source size */
67 >
68 > static void
69 > diraniso(               /* compute source contribution */
70 >        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
71 >        void  *nnp,             /* material data */
72 >        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
73 >        double  omega                   /* light source size */
74 > )
75   {
76 +        register ANISODAT *np = nnp;
77          double  ldot;
78          double  dtmp, dtmp1, dtmp2;
79          FVECT  h;
# Line 91 | Line 94 | double  omega;                 /* light source size */
94                   *  modified by the color of the material.
95                   */
96                  copycolor(ctmp, np->mcolor);
97 <                dtmp = ldot * omega * np->rdiff / PI;
97 >                dtmp = ldot * omega * np->rdiff * (1.0/PI);
98                  scalecolor(ctmp, dtmp);
99                  addcolor(cval, ctmp);
100          }
101          if (ldot > FTINY && (np->specfl&(SP_REFL|SP_BADU)) == SP_REFL) {
102                  /*
103                   *  Compute specular reflection coefficient using
104 <                 *  anisotropic gaussian distribution model.
104 >                 *  anisotropic Gaussian distribution model.
105                   */
106                                                  /* add source width if flat */
107                  if (np->specfl & SP_FLAT)
108 <                        au2 = av2 = omega/(4.0*PI);
108 >                        au2 = av2 = omega * (0.25/PI);
109                  else
110                          au2 = av2 = 0.0;
111                  au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
# Line 116 | Line 119 | double  omega;                 /* light source size */
119                  dtmp1 *= dtmp1 / au2;
120                  dtmp2 = DOT(np->v, h);
121                  dtmp2 *= dtmp2 / av2;
122 <                                                /* gaussian */
122 >                                                /* new W-G-M-D model */
123                  dtmp = DOT(np->pnorm, h);
124 <                dtmp = (dtmp1 + dtmp2) / (dtmp*dtmp);
125 <                dtmp = exp(-dtmp) * (0.25/PI)
126 <                                * sqrt(ldot/(np->pdot*au2*av2));
124 >                dtmp *= dtmp;
125 >                dtmp1 = (dtmp1 + dtmp2) / dtmp;
126 >                dtmp = exp(-dtmp1) * DOT(h,h) /
127 >                                (PI * dtmp*dtmp * sqrt(au2*av2));
128                                                  /* worth using? */
129                  if (dtmp > FTINY) {
130                          copycolor(ctmp, np->scolor);
131 <                        dtmp *= omega;
131 >                        dtmp *= ldot * omega;
132                          scalecolor(ctmp, dtmp);
133                          addcolor(cval, ctmp);
134                  }
# Line 134 | Line 138 | double  omega;                 /* light source size */
138                   *  Compute diffuse transmission.
139                   */
140                  copycolor(ctmp, np->mcolor);
141 <                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff / PI;
141 >                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff * (1.0/PI);
142                  scalecolor(ctmp, dtmp);
143                  addcolor(cval, ctmp);
144          }
# Line 144 | Line 148 | double  omega;                 /* light source size */
148                   *  is always modified by material color.
149                   */
150                                                  /* roughness + source */
151 <                au2 = av2 = omega / PI;
151 >                au2 = av2 = omega * (1.0/PI);
152                  au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
153                  av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
154                                                  /* "half vector" */
# Line 164 | Line 168 | double  omega;                 /* light source size */
168                          }
169                  } else
170                          dtmp = 0.0;
171 <                                                /* gaussian */
172 <                dtmp = exp(-dtmp) * (1.0/PI)
169 <                                * sqrt(-ldot/(np->pdot*au2*av2));
171 >                                                /* Gaussian */
172 >                dtmp = exp(-dtmp) * (1.0/PI) * sqrt(-ldot/(np->pdot*au2*av2));
173                                                  /* worth using? */
174                  if (dtmp > FTINY) {
175                          copycolor(ctmp, np->mcolor);
# Line 178 | Line 181 | double  omega;                 /* light source size */
181   }
182  
183  
184 < m_aniso(m, r)                   /* shade ray that hit something anisotropic */
185 < register OBJREC  *m;
186 < register RAY  *r;
184 > extern int
185 > m_aniso(                        /* shade ray that hit something anisotropic */
186 >        register OBJREC  *m,
187 >        register RAY  *r
188 > )
189   {
190          ANISODAT  nd;
191          COLOR  ctmp;
# Line 191 | Line 196 | register RAY  *r;
196  
197          if (m->oargs.nfargs != (m->otype == MAT_TRANS2 ? 8 : 6))
198                  objerror(m, USER, "bad number of real arguments");
199 +                                                /* check for back side */
200 +        if (r->rod < 0.0) {
201 +                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS2) {
202 +                        raytrans(r);
203 +                        return(1);
204 +                }
205 +                raytexture(r, m->omod);
206 +                flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
207 +        } else
208 +                raytexture(r, m->omod);
209 +                                                /* get material color */
210          nd.mp = m;
211          nd.rp = r;
196 –                                                /* get material color */
212          setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
213                             m->oargs.farg[1],
214                             m->oargs.farg[2]);
# Line 201 | Line 216 | register RAY  *r;
216          nd.specfl = 0;
217          nd.u_alpha = m->oargs.farg[4];
218          nd.v_alpha = m->oargs.farg[5];
219 <        if (nd.u_alpha < FTINY || nd.v_alpha <= FTINY)
219 >        if (nd.u_alpha <= FTINY || nd.v_alpha <= FTINY)
220                  objerror(m, USER, "roughness too small");
221 <                                                /* check for back side */
207 <        if (r->rod < 0.0) {
208 <                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS2) {
209 <                        raytrans(r);
210 <                        return(1);
211 <                }
212 <                flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
213 <        }
214 <                                                /* get modifiers */
215 <        raytexture(r, m->omod);
221 >
222          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
223          if (nd.pdot < .001)
224                  nd.pdot = .001;                 /* non-zero for diraniso() */
# Line 230 | Line 236 | register RAY  *r;
236                  if (specthresh >= nd.rspec-FTINY)
237                          nd.specfl |= SP_RBLT;
238                                                  /* compute refl. direction */
239 <                for (i = 0; i < 3; i++)
234 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
239 >                VSUM(nd.vrefl, r->rdir, nd.pnorm, 2.0*nd.pdot);
240                  if (DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)     /* penetration? */
241 <                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
237 <                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
241 >                        VSUM(nd.vrefl, r->rdir, r->ron, 2.0*r->rod);
242          }
243                                                  /* compute transmission */
244          if (m->otype == MAT_TRANS2) {
# Line 272 | Line 276 | register RAY  *r;
276                  agaussamp(r, &nd);
277  
278          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
279 <                ambient(ctmp, r);
280 <                if (nd.specfl & SP_RBLT)
281 <                        scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
282 <                else
283 <                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
280 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
279 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
280 >                scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
281 >                if (nd.specfl & SP_RBLT)        /* add in specular as well? */
282 >                        addcolor(ctmp, nd.scolor);
283 >                multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
284                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
285          }
286          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
287 +                FVECT  bnorm;
288 +
289                  flipsurface(r);
290 <                ambient(ctmp, r);
290 >                bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
291 >                bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
292 >                bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
293 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
294                  if (nd.specfl & SP_TBLT)
295                          scalecolor(ctmp, nd.trans);
296                  else
297                          scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
298 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
298 >                multambient(ctmp, r, bnorm);
299                  addcolor(r->rcol, ctmp);
300                  flipsurface(r);
301          }
# Line 298 | Line 306 | register RAY  *r;
306   }
307  
308  
309 < static
310 < getacoords(r, np)               /* set up coordinate system */
311 < RAY  *r;
312 < register ANISODAT  *np;
309 > static void
310 > getacoords(             /* set up coordinate system */
311 >        RAY  *r,
312 >        register ANISODAT  *np
313 > )
314   {
315          register MFUNC  *mf;
316          register int  i;
# Line 311 | Line 320 | register ANISODAT  *np;
320          errno = 0;
321          for (i = 0; i < 3; i++)
322                  np->u[i] = evalue(mf->ep[i]);
323 <        if (errno) {
323 >        if (errno == EDOM || errno == ERANGE) {
324                  objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
325                  np->specfl |= SP_BADU;
326                  return;
# Line 328 | Line 337 | register ANISODAT  *np;
337   }
338  
339  
340 < static
341 < agaussamp(r, np)                /* sample anisotropic gaussian specular */
342 < RAY  *r;
343 < register ANISODAT  *np;
340 > static void
341 > agaussamp(              /* sample anisotropic Gaussian specular */
342 >        RAY  *r,
343 >        register ANISODAT  *np
344 > )
345   {
346          RAY  sr;
347          FVECT  h;
348          double  rv[2];
349          double  d, sinp, cosp;
350 +        COLOR   scol;
351 +        int  maxiter, ntrials, nstarget, nstaken;
352          register int  i;
353                                          /* compute reflection */
354          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
355 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
356 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
357 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
358 <                multisamp(rv, 2, d);
359 <                d = 2.0*PI * rv[0];
360 <                cosp = cos(d) * np->u_alpha;
361 <                sinp = sin(d) * np->v_alpha;
362 <                d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
363 <                cosp /= d;
364 <                sinp /= d;
365 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
366 <                if (rv[1] <= FTINY)
367 <                        d = 1.0;
368 <                else
369 <                        d = sqrt(-log(rv[1]) /
370 <                                (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
371 <                                 sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
372 <                for (i = 0; i < 3; i++)
373 <                        h[i] = np->pnorm[i] +
374 <                                d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
375 <                d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
376 <                for (i = 0; i < 3; i++)
377 <                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
378 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)      /* penetration? */
379 <                        VCOPY(sr.rdir, np->vrefl);      /* jitter no good */
380 <                rayvalue(&sr);
381 <                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
382 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
355 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, np->scolor) == 0) {
356 >                nstarget = 1;
357 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
358 >                        nstarget = specjitter*r->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 >                                nstarget = 1;
367 >                }
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);
377 >                        multisamp(rv, 2, d);
378 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
379 >                        cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
380 >                        sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
381 >                        d = 1./sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
382 >                        cosp *= d;
383 >                        sinp *= d;
384 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
385 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
386 >                        if (rv[1] <= FTINY)
387 >                                d = 1.0;
388 >                        else
389 >                                d = sqrt(-log(rv[1]) /
390 >                                        (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
391 >                                         sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
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 >                        VSUM(sr.rdir, r->rdir, h, d);
397 >                                                /* sample rejection test */
398 >                        if ((d = DOT(sr.rdir, r->ron)) <= FTINY)
399 >                                continue;
400 >                        checknorm(sr.rdir);
401 >                        if (nstarget > 1) {     /* W-G-M-D adjustment */
402 >                                if (nstaken) rayclear(&sr);
403 >                                rayvalue(&sr);
404 >                                d = 2./(1. + r->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(r->rcol, sr.rcol);
411 >                        }
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(r->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, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
427 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
428 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
429 <                multisamp(rv, 2, d);
430 <                d = 2.0*PI * rv[0];
431 <                cosp = cos(d) * np->u_alpha;
432 <                sinp = sin(d) * np->v_alpha;
433 <                d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
434 <                cosp /= d;
435 <                sinp /= d;
436 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
437 <                if (rv[1] <= FTINY)
438 <                        d = 1.0;
439 <                else
440 <                        d = sqrt(-log(rv[1]) /
441 <                                (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
442 <                                 sinp*sinp/(np->v_alpha*np->u_alpha)));
443 <                for (i = 0; i < 3; i++)
444 <                        sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
445 <                                        d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
446 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY)
447 <                        normalize(sr.rdir);             /* OK, normalize */
448 <                else
449 <                        VCOPY(sr.rdir, np->prdir);      /* else no jitter */
450 <                rayvalue(&sr);
451 <                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
452 <                multcolor(sr.rcol, np->mcolor);         /* modify by color */
453 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
426 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, sr.rcoef) == 0) {
427 >                nstarget = 1;
428 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
429 >                        nstarget = specjitter*r->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 >                                nstarget = 1;
438 >                }
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);
447 >                        multisamp(rv, 2, d);
448 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
449 >                        cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
450 >                        sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
451 >                        d = 1./sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
452 >                        cosp *= d;
453 >                        sinp *= d;
454 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
455 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
456 >                        if (rv[1] <= FTINY)
457 >                                d = 1.0;
458 >                        else
459 >                                d = sqrt(-log(rv[1]) /
460 >                                        (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
461 >                                         sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
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)
466 >                                continue;
467 >                        normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
468 >                        if (nstaken)            /* multi-sampling */
469 >                                rayclear(&sr);
470 >                        rayvalue(&sr);
471 >                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
472 >                        addcolor(r->rcol, sr.rcol);
473 >                        ++nstaken;
474 >                }
475                  ndims--;
476          }
477   }

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