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

Comparing ray/src/rt/aniso.c (file contents):
Revision 2.42 by greg, Mon Sep 20 17:32:04 2004 UTC vs.
Revision 2.60 by greg, Tue May 26 13:21:07 2015 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 >
101 >        if ((ldot < -FTINY) & (np->tdiff > FTINY)) {
102                  /*
103 +                 *  Compute diffuse transmission.
104 +                 */
105 +                copycolor(ctmp, np->mcolor);
106 +                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff * (1.0/PI);
107 +                scalecolor(ctmp, dtmp);
108 +                addcolor(cval, ctmp);
109 +        }
110 +        
111 +        if (ldot > FTINY && np->specfl&SP_REFL) {
112 +                /*
113                   *  Compute specular reflection coefficient using
114 <                 *  anisotropic gaussian distribution model.
114 >                 *  anisotropic Gaussian distribution model.
115                   */
116                                                  /* add source width if flat */
117                  if (np->specfl & SP_FLAT)
# Line 111 | Line 121 | diraniso(              /* compute source contribution */
121                  au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
122                  av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
123                                                  /* half vector */
124 <                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];
124 >                VSUB(h, ldir, np->rp->rdir);
125                                                  /* ellipse */
126                  dtmp1 = DOT(np->u, h);
127                  dtmp1 *= dtmp1 / au2;
128                  dtmp2 = DOT(np->v, h);
129                  dtmp2 *= dtmp2 / av2;
130 <                                                /* gaussian */
130 >                                                /* new W-G-M-D model */
131                  dtmp = DOT(np->pnorm, h);
132 <                dtmp = (dtmp1 + dtmp2) / (dtmp*dtmp);
133 <                dtmp = exp(-dtmp) / (4.0*PI * np->pdot * sqrt(au2*av2));
132 >                dtmp *= dtmp;
133 >                dtmp1 = (dtmp1 + dtmp2) / dtmp;
134 >                dtmp = exp(-dtmp1) * DOT(h,h) /
135 >                                (PI * dtmp*dtmp * sqrt(au2*av2));
136                                                  /* worth using? */
137                  if (dtmp > FTINY) {
138                          copycolor(ctmp, np->scolor);
139 <                        dtmp *= omega;
139 >                        dtmp *= ldot * omega;
140                          scalecolor(ctmp, dtmp);
141                          addcolor(cval, ctmp);
142                  }
143          }
144 <        if (ldot < -FTINY && np->tdiff > FTINY) {
144 >        
145 >        if (ldot < -FTINY && np->specfl&SP_TRAN) {
146                  /*
136 –                 *  Compute diffuse transmission.
137 –                 */
138 –                copycolor(ctmp, np->mcolor);
139 –                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff * (1.0/PI);
140 –                scalecolor(ctmp, dtmp);
141 –                addcolor(cval, ctmp);
142 –        }
143 –        if (ldot < -FTINY && (np->specfl&(SP_TRAN|SP_BADU)) == SP_TRAN) {
144 –                /*
147                   *  Compute specular transmission.  Specular transmission
148                   *  is always modified by material color.
149                   */
# Line 150 | Line 152 | diraniso(              /* compute source contribution */
152                  au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
153                  av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
154                                                  /* "half vector" */
155 <                h[0] = ldir[0] - np->prdir[0];
154 <                h[1] = ldir[1] - np->prdir[1];
155 <                h[2] = ldir[2] - np->prdir[2];
155 >                VSUB(h, ldir, np->prdir);
156                  dtmp = DOT(h,h);
157                  if (dtmp > FTINY*FTINY) {
158                          dtmp1 = DOT(h,np->pnorm);
# Line 166 | Line 166 | diraniso(              /* compute source contribution */
166                          }
167                  } else
168                          dtmp = 0.0;
169 <                                                /* gaussian */
170 <                dtmp = exp(-dtmp) / (PI * np->pdot * sqrt(au2*av2));
169 >                                                /* Gaussian */
170 >                dtmp = exp(-dtmp) * (1.0/PI) * sqrt(-ldot/(np->pdot*au2*av2));
171                                                  /* worth using? */
172                  if (dtmp > FTINY) {
173                          copycolor(ctmp, np->mcolor);
# Line 179 | Line 179 | diraniso(              /* compute source contribution */
179   }
180  
181  
182 < extern int
182 > int
183   m_aniso(                        /* shade ray that hit something anisotropic */
184 <        register OBJREC  *m,
185 <        register RAY  *r
184 >        OBJREC  *m,
185 >        RAY  *r
186   )
187   {
188          ANISODAT  nd;
189          COLOR  ctmp;
190 <        register int  i;
190 >        int  i;
191                                                  /* easy shadow test */
192          if (r->crtype & SHADOW)
193                  return(1);
# Line 196 | Line 196 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
196                  objerror(m, USER, "bad number of real arguments");
197                                                  /* check for back side */
198          if (r->rod < 0.0) {
199 <                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS2) {
199 >                if (!backvis) {
200                          raytrans(r);
201                          return(1);
202                  }
# Line 214 | Line 214 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
214          nd.specfl = 0;
215          nd.u_alpha = m->oargs.farg[4];
216          nd.v_alpha = m->oargs.farg[5];
217 <        if (nd.u_alpha < FTINY || nd.v_alpha <= FTINY)
217 >        if ((nd.u_alpha <= FTINY) | (nd.v_alpha <= FTINY))
218                  objerror(m, USER, "roughness too small");
219  
220          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
# Line 234 | Line 234 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
234                  if (specthresh >= nd.rspec-FTINY)
235                          nd.specfl |= SP_RBLT;
236                                                  /* compute refl. direction */
237 <                for (i = 0; i < 3; i++)
238 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
237 >                VSUM(nd.vrefl, r->rdir, nd.pnorm, 2.0*nd.pdot);
238                  if (DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)     /* penetration? */
239 <                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
241 <                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
239 >                        VSUM(nd.vrefl, r->rdir, r->ron, 2.0*r->rod);
240          }
241                                                  /* compute transmission */
242          if (m->otype == MAT_TRANS2) {
# Line 270 | Line 268 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
268          if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
269                  nd.specfl |= SP_FLAT;
270  
271 <        getacoords(r, &nd);                     /* set up coordinates */
271 >        getacoords(&nd);                        /* set up coordinates */
272  
273 <        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN) && !(nd.specfl & SP_BADU))
274 <                agaussamp(r, &nd);
273 >        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN))
274 >                agaussamp(&nd);
275  
276          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
277 <                ambient(ctmp, r, nd.pnorm);
278 <                if (nd.specfl & SP_RBLT)
279 <                        scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
280 <                else
281 <                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
284 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
277 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
278 >                scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
279 >                if (nd.specfl & SP_RBLT)        /* add in specular as well? */
280 >                        addcolor(ctmp, nd.scolor);
281 >                multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
282                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
283          }
284 +        
285          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
286                  FVECT  bnorm;
287  
# Line 291 | Line 289 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
289                  bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
290                  bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
291                  bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
292 <                ambient(ctmp, r, bnorm);
292 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
293                  if (nd.specfl & SP_TBLT)
294                          scalecolor(ctmp, nd.trans);
295                  else
296                          scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
297 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
297 >                multambient(ctmp, r, bnorm);
298                  addcolor(r->rcol, ctmp);
299                  flipsurface(r);
300          }
# Line 306 | Line 304 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
304          return(1);
305   }
306  
309 –
307   static void
308   getacoords(             /* set up coordinate system */
309 <        RAY  *r,
313 <        register ANISODAT  *np
309 >        ANISODAT  *np
310   )
311   {
312 <        register MFUNC  *mf;
313 <        register int  i;
312 >        MFUNC  *mf;
313 >        int  i;
314  
315          mf = getfunc(np->mp, 3, 0x7, 1);
316 <        setfunc(np->mp, r);
316 >        setfunc(np->mp, np->rp);
317          errno = 0;
318          for (i = 0; i < 3; i++)
319                  np->u[i] = evalue(mf->ep[i]);
320 <        if (errno == EDOM || errno == ERANGE) {
321 <                objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
322 <                np->specfl |= SP_BADU;
323 <                return;
328 <        }
329 <        if (mf->f != &unitxf)
330 <                multv3(np->u, np->u, mf->f->xfm);
320 >        if ((errno == EDOM) | (errno == ERANGE))
321 >                np->u[0] = np->u[1] = np->u[2] = 0.0;
322 >        if (mf->fxp != &unitxf)
323 >                multv3(np->u, np->u, mf->fxp->xfm);
324          fcross(np->v, np->pnorm, np->u);
325          if (normalize(np->v) == 0.0) {
326 <                objerror(np->mp, WARNING, "illegal orientation vector");
327 <                np->specfl |= SP_BADU;
328 <                return;
329 <        }
330 <        fcross(np->u, np->v, np->pnorm);
326 >                if (fabs(np->u_alpha - np->v_alpha) > 0.001)
327 >                        objerror(np->mp, WARNING, "illegal orientation vector");
328 >                getperpendicular(np->u, np->pnorm, 1);  /* punting */
329 >                fcross(np->v, np->pnorm, np->u);
330 >                np->u_alpha = np->v_alpha = sqrt( 0.5 *
331 >                        (np->u_alpha*np->u_alpha + np->v_alpha*np->v_alpha) );
332 >        } else
333 >                fcross(np->u, np->v, np->pnorm);
334   }
335  
336  
337   static void
338 < agaussamp(              /* sample anisotropic gaussian specular */
339 <        RAY  *r,
344 <        register ANISODAT  *np
338 > agaussamp(              /* sample anisotropic Gaussian specular */
339 >        ANISODAT  *np
340   )
341   {
342          RAY  sr;
343          FVECT  h;
344          double  rv[2];
345          double  d, sinp, cosp;
346 <        int  niter;
347 <        register int  i;
346 >        COLOR   scol;
347 >        int  maxiter, ntrials, nstarget, nstaken;
348 >        int  i;
349                                          /* compute reflection */
350          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
351 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
352 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
353 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
354 <                        if (niter)
351 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, np->scolor) == 0) {
352 >                nstarget = 1;
353 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
354 >                        nstarget = specjitter*np->rp->rweight + .5;
355 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
356 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
357 >                        if (nstarget > 1) {
358 >                                d = 1./nstarget;
359 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
360 >                                sr.rweight *= d;
361 >                        } else
362 >                                nstarget = 1;
363 >                }
364 >                setcolor(scol, 0., 0., 0.);
365 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
366 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
367 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
368 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
369 >                        if (ntrials)
370                                  d = frandom();
371                          else
372                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
# Line 363 | Line 374 | agaussamp(             /* sample anisotropic gaussian specular */
374                          d = 2.0*PI * rv[0];
375                          cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
376                          sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
377 <                        d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
378 <                        cosp /= d;
379 <                        sinp /= d;
380 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
377 >                        d = 1./sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
378 >                        cosp *= d;
379 >                        sinp *= d;
380 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
381 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
382                          if (rv[1] <= FTINY)
383                                  d = 1.0;
384                          else
# Line 376 | Line 388 | agaussamp(             /* sample anisotropic gaussian specular */
388                          for (i = 0; i < 3; i++)
389                                  h[i] = np->pnorm[i] +
390                                          d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
391 <                        d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
392 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
393 <                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
394 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) > FTINY) {
391 >                        d = -2.0 * DOT(h, np->rp->rdir) / (1.0 + d*d);
392 >                        VSUM(sr.rdir, np->rp->rdir, h, d);
393 >                                                /* sample rejection test */
394 >                        if ((d = DOT(sr.rdir, np->rp->ron)) <= FTINY)
395 >                                continue;
396 >                        checknorm(sr.rdir);
397 >                        if (nstarget > 1) {     /* W-G-M-D adjustment */
398 >                                if (nstaken) rayclear(&sr);
399                                  rayvalue(&sr);
400 <                                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
401 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
402 <                                break;
400 >                                d = 2./(1. + np->rp->rod/d);
401 >                                scalecolor(sr.rcol, d);
402 >                                addcolor(scol, sr.rcol);
403 >                        } else {
404 >                                rayvalue(&sr);
405 >                                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
406 >                                addcolor(np->rp->rcol, sr.rcol);
407                          }
408 +                        ++nstaken;
409                  }
410 +                if (nstarget > 1) {             /* final W-G-M-D weighting */
411 +                        multcolor(scol, sr.rcoef);
412 +                        d = (double)nstarget/ntrials;
413 +                        scalecolor(scol, d);
414 +                        addcolor(np->rp->rcol, scol);
415 +                }
416                  ndims--;
417          }
418                                          /* compute transmission */
419 +        copycolor(sr.rcoef, np->mcolor);                /* modify by material color */
420 +        scalecolor(sr.rcoef, np->tspec);
421          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
422 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
423 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
424 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
425 <                        if (niter)
422 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, sr.rcoef) == 0) {
423 >                nstarget = 1;
424 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
425 >                        nstarget = specjitter*np->rp->rweight + .5;
426 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
427 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
428 >                        if (nstarget > 1) {
429 >                                d = 1./nstarget;
430 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
431 >                                sr.rweight *= d;
432 >                        } else
433 >                                nstarget = 1;
434 >                }
435 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
436 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
437 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
438 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
439 >                        if (ntrials)
440                                  d = frandom();
441                          else
442                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
# Line 401 | Line 444 | agaussamp(             /* sample anisotropic gaussian specular */
444                          d = 2.0*PI * rv[0];
445                          cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
446                          sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
447 <                        d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
448 <                        cosp /= d;
449 <                        sinp /= d;
450 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
447 >                        d = 1./sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
448 >                        cosp *= d;
449 >                        sinp *= d;
450 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
451 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
452                          if (rv[1] <= FTINY)
453                                  d = 1.0;
454                          else
# Line 414 | Line 458 | agaussamp(             /* sample anisotropic gaussian specular */
458                          for (i = 0; i < 3; i++)
459                                  sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
460                                                  d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
461 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY) {
462 <                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
463 <                                rayvalue(&sr);
464 <                                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
465 <                                multcolor(sr.rcol, np->mcolor); /* modify */
466 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
467 <                                break;
468 <                        }
461 >                        if (DOT(sr.rdir, np->rp->ron) >= -FTINY)
462 >                                continue;
463 >                        normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
464 >                        if (nstaken)            /* multi-sampling */
465 >                                rayclear(&sr);
466 >                        rayvalue(&sr);
467 >                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
468 >                        addcolor(np->rp->rcol, sr.rcol);
469 >                        ++nstaken;
470                  }
471                  ndims--;
472          }

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