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

Comparing ray/src/rt/aniso.c (file contents):
Revision 2.44 by greg, Fri May 7 17:45:57 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.
118 >                 *  anisotropic Gaussian distribution model.
119                   */
120                                                  /* add source width if flat */
121                  if (np->specfl & SP_FLAT)
# 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;
132                  dtmp2 = DOT(np->v, h);
133                  dtmp2 *= dtmp2 / av2;
134 <                                                /* gaussian */
134 >                                                /* new W-G-M-D model */
135                  dtmp = DOT(np->pnorm, h);
136 <                dtmp = (dtmp1 + dtmp2) / (dtmp*dtmp);
137 <                dtmp = exp(-dtmp) / (4.0*PI * np->pdot * sqrt(au2*av2));
136 >                dtmp *= dtmp;
137 >                dtmp1 = (dtmp1 + dtmp2) / dtmp;
138 >                dtmp = exp(-dtmp1) * DOT(h,h) /
139 >                                (PI * dtmp*dtmp * sqrt(au2*av2));
140                                                  /* worth using? */
141                  if (dtmp > FTINY) {
142                          copycolor(ctmp, np->scolor);
143 <                        dtmp *= omega;
143 >                        dtmp *= ldot * omega;
144                          scalecolor(ctmp, dtmp);
145                          addcolor(cval, ctmp);
146                  }
147          }
148 <        if (ldot < -FTINY && np->tdiff > FTINY) {
148 >        
149 >        if (ldot < -FTINY && np->specfl&SP_TRAN) {
150                  /*
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 –                /*
151                   *  Compute specular transmission.  Specular transmission
152                   *  is always modified by material color.
153                   */
# Line 150 | 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];
154 <                h[1] = ldir[1] - np->prdir[1];
155 <                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 166 | Line 170 | diraniso(              /* compute source contribution */
170                          }
171                  } else
172                          dtmp = 0.0;
173 <                                                /* gaussian */
173 >                                                /* Gaussian */
174                  dtmp = exp(-dtmp) * (1.0/PI) * sqrt(-ldot/(np->pdot*au2*av2));
175                                                  /* worth using? */
176                  if (dtmp > FTINY) {
# Line 179 | 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 196 | 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 214 | 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 234 | Line 238 | m_aniso(                       /* shade ray that hit something anisotropic
238                  if (specthresh >= nd.rspec-FTINY)
239                          nd.specfl |= SP_RBLT;
240                                                  /* compute refl. direction */
241 <                for (i = 0; i < 3; i++)
238 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
241 >                VSUM(nd.vrefl, r->rdir, nd.pnorm, 2.0*nd.pdot);
242                  if (DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)     /* penetration? */
243 <                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
241 <                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
243 >                        VSUM(nd.vrefl, r->rdir, r->ron, 2.0*r->rod);
244          }
245                                                  /* compute transmission */
246          if (m->otype == MAT_TRANS2) {
# 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
342 > agaussamp(              /* sample anisotropic Gaussian specular */
343 >        ANISODAT  *np
344   )
345   {
346          RAY  sr;
347          FVECT  h;
348          double  rv[2];
349          double  d, sinp, cosp;
350 <        int  niter;
351 <        register int  i;
350 >        COLOR   scol;
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 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
357 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
358 <                        if (niter)
355 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, np->scolor) == 0) {
356 >                nstarget = 1;
357 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
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 >                                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);
# Line 363 | Line 378 | agaussamp(             /* sample anisotropic gaussian specular */
378                          d = 2.0*PI * rv[0];
379                          cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
380                          sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
381 <                        d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
382 <                        cosp /= d;
383 <                        sinp /= d;
384 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
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
# Line 376 | 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 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
397 <                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
398 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) > 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;
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. + 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(r->rcol, sr.rcol);
386 <                                break;
410 >                                addcolor(np->rp->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(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 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
428 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
429 <                        if (niter)
426 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, sr.rcoef) == 0) {
427 >                nstarget = 1;
428 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
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 >                                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);
# Line 403 | Line 448 | agaussamp(             /* sample anisotropic gaussian specular */
448                          d = 2.0*PI * rv[0];
449                          cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
450                          sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
451 <                        d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
452 <                        cosp /= d;
453 <                        sinp /= d;
454 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
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
# Line 416 | 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) {
466 <                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
467 <                                rayvalue(&sr);
468 <                                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
469 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
470 <                                break;
471 <                        }
465 >                        if (DOT(sr.rdir, np->rp->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(np->rp->rcol, sr.rcol);
473 >                        ++nstaken;
474                  }
475                  ndims--;
476          }

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