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

Comparing ray/src/rt/aniso.c (file contents):
Revision 2.15 by greg, Thu May 14 11:32:09 1992 UTC vs.
Revision 2.42 by greg, Mon Sep 20 17:32:04 2004 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   /*
23 < *      This anisotropic reflection model uses a variant on the
24 < *  exponential Gaussian used in normal.c.
23 > *      This routine implements the anisotropic Gaussian
24 > *  model described by Ward in Siggraph `92 article.
25   *      We orient the surface towards the incoming ray, so a single
26   *  surface can be used to represent an infinitely thin object.
27   *
# Line 34 | Line 34 | extern double  specjitter;             /* specular sampling jitte
34   *  8  red      grn     blu     rspec   u-rough v-rough trans   tspec
35   */
36  
37 – #define  BSPEC(m)       (6.0)           /* specularity parameter b */
38 –
37                                  /* specularity flags */
38   #define  SP_REFL        01              /* has reflected specular component */
39   #define  SP_TRAN        02              /* has transmitted specular */
# Line 62 | 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, dtmp2;
78 >        double  dtmp, dtmp1, dtmp2;
79          FVECT  h;
80          double  au2, av2;
81          COLOR  ctmp;
# Line 89 | 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          }
# Line 100 | Line 105 | double  omega;                 /* light source size */
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;
112 <                av2 += np->v_alpha * np->v_alpha;
111 >                au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
112 >                av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
113                                                  /* half vector */
114                  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];
112 –                normalize(h);
117                                                  /* ellipse */
118 <                dtmp = DOT(np->u, h);
119 <                dtmp *= dtmp / au2;
118 >                dtmp1 = DOT(np->u, h);
119 >                dtmp1 *= dtmp1 / au2;
120                  dtmp2 = DOT(np->v, h);
121                  dtmp2 *= dtmp2 / av2;
122                                                  /* gaussian */
123 <                dtmp = (dtmp + dtmp2) / (1.0 + DOT(np->pnorm, h));
124 <                dtmp = exp(-2.0*dtmp) / (4.0*PI * sqrt(au2*av2));
123 >                dtmp = DOT(np->pnorm, h);
124 >                dtmp = (dtmp1 + dtmp2) / (dtmp*dtmp);
125 >                dtmp = exp(-dtmp) / (4.0*PI * np->pdot * sqrt(au2*av2));
126                                                  /* worth using? */
127                  if (dtmp > FTINY) {
128                          copycolor(ctmp, np->scolor);
129 <                        dtmp *= omega * sqrt(ldot/np->pdot);
129 >                        dtmp *= omega;
130                          scalecolor(ctmp, dtmp);
131                          addcolor(cval, ctmp);
132                  }
# Line 131 | Line 136 | double  omega;                 /* light source size */
136                   *  Compute diffuse transmission.
137                   */
138                  copycolor(ctmp, np->mcolor);
139 <                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff / PI;
139 >                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff * (1.0/PI);
140                  scalecolor(ctmp, dtmp);
141                  addcolor(cval, ctmp);
142          }
# Line 141 | Line 146 | double  omega;                 /* light source size */
146                   *  is always modified by material color.
147                   */
148                                                  /* roughness + source */
149 +                au2 = av2 = omega * (1.0/PI);
150 +                au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
151 +                av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
152 +                                                /* "half vector" */
153 +                h[0] = ldir[0] - np->prdir[0];
154 +                h[1] = ldir[1] - np->prdir[1];
155 +                h[2] = ldir[2] - np->prdir[2];
156 +                dtmp = DOT(h,h);
157 +                if (dtmp > FTINY*FTINY) {
158 +                        dtmp1 = DOT(h,np->pnorm);
159 +                        dtmp = 1.0 - dtmp1*dtmp1/dtmp;
160 +                        if (dtmp > FTINY*FTINY) {
161 +                                dtmp1 = DOT(h,np->u);
162 +                                dtmp1 *= dtmp1 / au2;
163 +                                dtmp2 = DOT(h,np->v);
164 +                                dtmp2 *= dtmp2 / av2;
165 +                                dtmp = (dtmp1 + dtmp2) / dtmp;
166 +                        }
167 +                } else
168 +                        dtmp = 0.0;
169                                                  /* gaussian */
170 <                dtmp = 0.0;
170 >                dtmp = exp(-dtmp) / (PI * np->pdot * sqrt(au2*av2));
171                                                  /* worth using? */
172                  if (dtmp > FTINY) {
173                          copycolor(ctmp, np->mcolor);
174 <                        dtmp *= np->tspec * omega * sqrt(ldot/np->pdot);
174 >                        dtmp *= np->tspec * omega;
175                          scalecolor(ctmp, dtmp);
176                          addcolor(cval, ctmp);
177                  }
# Line 154 | Line 179 | double  omega;                 /* light source size */
179   }
180  
181  
182 < m_aniso(m, r)                   /* shade ray that hit something anisotropic */
183 < register OBJREC  *m;
184 < register RAY  *r;
182 > extern int
183 > m_aniso(                        /* shade ray that hit something anisotropic */
184 >        register OBJREC  *m,
185 >        register RAY  *r
186 > )
187   {
188          ANISODAT  nd;
162 –        double  dtmp;
189          COLOR  ctmp;
190          register int  i;
191                                                  /* easy shadow test */
192          if (r->crtype & SHADOW)
193 <                return;
193 >                return(1);
194  
195          if (m->oargs.nfargs != (m->otype == MAT_TRANS2 ? 8 : 6))
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) {
200 +                        raytrans(r);
201 +                        return(1);
202 +                }
203 +                raytexture(r, m->omod);
204 +                flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
205 +        } else
206 +                raytexture(r, m->omod);
207 +                                                /* get material color */
208          nd.mp = m;
209          nd.rp = r;
173 –                                                /* get material color */
210          setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
211                             m->oargs.farg[1],
212                             m->oargs.farg[2]);
# Line 178 | Line 214 | register RAY  *r;
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 < 1e-6 || nd.v_alpha <= 1e-6)
217 >        if (nd.u_alpha < FTINY || nd.v_alpha <= FTINY)
218                  objerror(m, USER, "roughness too small");
219 <                                                /* reorient if necessary */
184 <        if (r->rod < 0.0)
185 <                flipsurface(r);
186 <                                                /* get modifiers */
187 <        raytexture(r, m->omod);
219 >
220          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
221          if (nd.pdot < .001)
222                  nd.pdot = .001;                 /* non-zero for diraniso() */
# Line 198 | Line 230 | register RAY  *r;
230                  else
231                          setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
232                  scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
201 –                                                /* improved model */
202 –                dtmp = exp(-BSPEC(m)*nd.pdot);
203 –                for (i = 0; i < 3; i++)
204 –                        colval(nd.scolor,i) += (1.0-colval(nd.scolor,i))*dtmp;
205 –                nd.rspec += (1.0-nd.rspec)*dtmp;
233                                                  /* check threshold */
234 <                if (specthresh > FTINY &&
208 <                                (specthresh >= 1.-FTINY ||
209 <                                specthresh + .05 - .1*frandom() > nd.rspec))
234 >                if (specthresh >= nd.rspec-FTINY)
235                          nd.specfl |= SP_RBLT;
236                                                  /* compute refl. direction */
237                  for (i = 0; i < 3; i++)
# Line 216 | Line 241 | register RAY  *r;
241                                  nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
242          }
243                                                  /* compute transmission */
244 <        if (m->otype == MAT_TRANS) {
244 >        if (m->otype == MAT_TRANS2) {
245                  nd.trans = m->oargs.farg[6]*(1.0 - nd.rspec);
246                  nd.tspec = nd.trans * m->oargs.farg[7];
247                  nd.tdiff = nd.trans - nd.tspec;
248                  if (nd.tspec > FTINY) {
249                          nd.specfl |= SP_TRAN;
250                                                          /* check threshold */
251 <                        if (specthresh > FTINY &&
227 <                                        (specthresh >= 1.-FTINY ||
228 <                                specthresh + .05 - .1*frandom() > nd.tspec))
251 >                        if (specthresh >= nd.tspec-FTINY)
252                                  nd.specfl |= SP_TBLT;
253                          if (DOT(r->pert,r->pert) <= FTINY*FTINY) {
254                                  VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
255                          } else {
256                                  for (i = 0; i < 3; i++)         /* perturb */
257 <                                        nd.prdir[i] = r->rdir[i] -
235 <                                                        0.5*r->pert[i];
257 >                                        nd.prdir[i] = r->rdir[i] - r->pert[i];
258                                  if (DOT(nd.prdir, r->ron) < -FTINY)
259                                          normalize(nd.prdir);    /* OK */
260                                  else
# Line 245 | Line 267 | register RAY  *r;
267                                                  /* diffuse reflection */
268          nd.rdiff = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
269  
270 <        if (r->ro != NULL && (r->ro->otype == OBJ_FACE ||
249 <                        r->ro->otype == OBJ_RING))
270 >        if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
271                  nd.specfl |= SP_FLAT;
272  
273          getacoords(r, &nd);                     /* set up coordinates */
# Line 255 | Line 276 | register RAY  *r;
276                  agaussamp(r, &nd);
277  
278          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
279 <                ambient(ctmp, r);
279 >                ambient(ctmp, r, nd.pnorm);
280                  if (nd.specfl & SP_RBLT)
281                          scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
282                  else
# Line 264 | Line 285 | register RAY  *r;
285                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
286          }
287          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
288 +                FVECT  bnorm;
289 +
290                  flipsurface(r);
291 <                ambient(ctmp, r);
291 >                bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
292 >                bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
293 >                bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
294 >                ambient(ctmp, r, bnorm);
295                  if (nd.specfl & SP_TBLT)
296                          scalecolor(ctmp, nd.trans);
297                  else
# Line 276 | Line 302 | register RAY  *r;
302          }
303                                          /* add direct component */
304          direct(r, diraniso, &nd);
305 +
306 +        return(1);
307   }
308  
309  
310 < static
311 < getacoords(r, np)               /* set up coordinate system */
312 < RAY  *r;
313 < register ANISODAT  *np;
310 > static void
311 > getacoords(             /* set up coordinate system */
312 >        RAY  *r,
313 >        register ANISODAT  *np
314 > )
315   {
316          register MFUNC  *mf;
317          register int  i;
# Line 292 | Line 321 | register ANISODAT  *np;
321          errno = 0;
322          for (i = 0; i < 3; i++)
323                  np->u[i] = evalue(mf->ep[i]);
324 <        if (errno) {
324 >        if (errno == EDOM || errno == ERANGE) {
325                  objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
326                  np->specfl |= SP_BADU;
327                  return;
328          }
329 <        multv3(np->u, np->u, mf->f->xfm);
329 >        if (mf->f != &unitxf)
330 >                multv3(np->u, np->u, mf->f->xfm);
331          fcross(np->v, np->pnorm, np->u);
332          if (normalize(np->v) == 0.0) {
333                  objerror(np->mp, WARNING, "illegal orientation vector");
# Line 308 | Line 338 | register ANISODAT  *np;
338   }
339  
340  
341 < static
342 < agaussamp(r, np)                /* sample anisotropic gaussian specular */
343 < RAY  *r;
344 < register ANISODAT  *np;
341 > static void
342 > agaussamp(              /* sample anisotropic gaussian specular */
343 >        RAY  *r,
344 >        register ANISODAT  *np
345 > )
346   {
347          RAY  sr;
348          FVECT  h;
349          double  rv[2];
350          double  d, sinp, cosp;
351 +        int  niter;
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 = np->u_alpha * cos(d);
361 <                sinp = np->v_alpha * sin(d);
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);
357 >                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
358 >                        if (niter)
359 >                                d = frandom();
360 >                        else
361 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
362 >                        multisamp(rv, 2, d);
363 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
364 >                        cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
365 >                        sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
366 >                        d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
367 >                        cosp /= d;
368 >                        sinp /= d;
369 >                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
370 >                        if (rv[1] <= FTINY)
371 >                                d = 1.0;
372 >                        else
373 >                                d = sqrt(-log(rv[1]) /
374 >                                        (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
375 >                                         sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
376 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
377 >                                h[i] = np->pnorm[i] +
378 >                                        d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
379 >                        d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
380 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
381 >                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
382 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) > FTINY) {
383 >                                rayvalue(&sr);
384 >                                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
385 >                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
386 >                                break;
387 >                        }
388 >                }
389                  ndims--;
390          }
391                                          /* compute transmission */
392          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
393                          rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
394                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
395 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
396 <                multisamp(rv, 2, d);
397 <                d = 2.0*PI * rv[0];
398 <                cosp = cos(d);
399 <                sinp = sin(d);
400 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
401 <                if (rv[1] <= FTINY)
402 <                        d = 1.0;
403 <                else
404 <                        d = sqrt(-log(rv[1]) /
405 <                                (cosp*cosp*4./(np->u_alpha*np->u_alpha) +
406 <                                 sinp*sinp*4./(np->v_alpha*np->v_alpha)));
407 <                for (i = 0; i < 3; i++)
408 <                        sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
409 <                                        d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
410 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY)
411 <                        normalize(sr.rdir);             /* OK, normalize */
412 <                else
413 <                        VCOPY(sr.rdir, np->prdir);      /* else no jitter */
414 <                rayvalue(&sr);
415 <                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
416 <                multcolor(sr.rcol, np->mcolor);         /* modify by color */
417 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
395 >                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
396 >                        if (niter)
397 >                                d = frandom();
398 >                        else
399 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
400 >                        multisamp(rv, 2, d);
401 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
402 >                        cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
403 >                        sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
404 >                        d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
405 >                        cosp /= d;
406 >                        sinp /= d;
407 >                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
408 >                        if (rv[1] <= FTINY)
409 >                                d = 1.0;
410 >                        else
411 >                                d = sqrt(-log(rv[1]) /
412 >                                        (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
413 >                                         sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
414 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
415 >                                sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
416 >                                                d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
417 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY) {
418 >                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
419 >                                rayvalue(&sr);
420 >                                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
421 >                                multcolor(sr.rcol, np->mcolor); /* modify */
422 >                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
423 >                                break;
424 >                        }
425 >                }
426                  ndims--;
427          }
428   }

Diff Legend

– Removed lines
+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines