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

Comparing ray/src/rt/aniso.c (file contents):
Revision 2.18 by greg, Tue May 19 17:09:06 1992 UTC vs.
Revision 2.46 by greg, Fri Oct 1 18:11:18 2010 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, dtmp1, dtmp2;
79          FVECT  h;
# 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          }
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 109 | Line 114 | double  omega;                 /* light source size */
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                  dtmp1 = DOT(np->u, h);
119                  dtmp1 *= dtmp1 / au2;
120                  dtmp2 = DOT(np->v, h);
121                  dtmp2 *= dtmp2 / av2;
122 <                                                /* gaussian */
123 <                dtmp = (dtmp1 + dtmp2) / (1.0 + DOT(np->pnorm, h));
124 <                dtmp = exp(-2.0*dtmp) * 1.0/(4.0*PI)
125 <                                * sqrt(ldot/(np->pdot*au2*av2));
122 >                                                /* new W-G-M-D model */
123 >                dtmp = DOT(np->pnorm, h);
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 132 | 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 142 | 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" */
155                  h[0] = ldir[0] - np->prdir[0];
156                  h[1] = ldir[1] - np->prdir[1];
157                  h[2] = ldir[2] - np->prdir[2];
158 <                dtmp = DOT(h,np->pnorm);
153 <                dtmp = DOT(h,h) - dtmp*dtmp;
158 >                dtmp = DOT(h,h);
159                  if (dtmp > FTINY*FTINY) {
160 <                        dtmp1 = DOT(h,np->u);
161 <                        dtmp1 = dtmp1*dtmp1 / (au2*dtmp);
162 <                        dtmp2 = DOT(h,np->v);
163 <                        dtmp2 = dtmp2*dtmp2 / (av2*dtmp);
164 <                        dtmp = 2. - 2.*DOT(ldir,np->prdir);
165 <                        dtmp *= dtmp1 + dtmp2;
160 >                        dtmp1 = DOT(h,np->pnorm);
161 >                        dtmp = 1.0 - dtmp1*dtmp1/dtmp;
162 >                        if (dtmp > FTINY*FTINY) {
163 >                                dtmp1 = DOT(h,np->u);
164 >                                dtmp1 *= dtmp1 / au2;
165 >                                dtmp2 = DOT(h,np->v);
166 >                                dtmp2 *= dtmp2 / av2;
167 >                                dtmp = (dtmp1 + dtmp2) / dtmp;
168 >                        }
169                  } else
170                          dtmp = 0.0;
171 <                                                /* gaussian */
172 <                dtmp = exp(-dtmp) * 1.0/(4.0*PI)
165 <                                * 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 174 | 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;
182 –        double  dtmp;
191          COLOR  ctmp;
192          register int  i;
193                                                  /* easy shadow test */
194          if (r->crtype & SHADOW)
195 <                return;
195 >                return(1);
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;
193 –                                                /* get material color */
212          setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
213                             m->oargs.farg[1],
214                             m->oargs.farg[2]);
# Line 198 | 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 <                                                /* reorient if necessary */
204 <        if (r->rod < 0.0)
205 <                flipsurface(r);
206 <                                                /* get modifiers */
207 <        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 218 | Line 232 | register RAY  *r;
232                  else
233                          setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
234                  scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
221 –                                                /* improved model */
222 –                dtmp = exp(-BSPEC(m)*nd.pdot);
223 –                for (i = 0; i < 3; i++)
224 –                        colval(nd.scolor,i) += (1.0-colval(nd.scolor,i))*dtmp;
225 –                nd.rspec += (1.0-nd.rspec)*dtmp;
235                                                  /* check threshold */
236 <                if (specthresh > FTINY &&
228 <                                (specthresh >= 1.-FTINY ||
229 <                                specthresh + .05 - .1*frandom() > nd.rspec))
236 >                if (specthresh >= nd.rspec-FTINY)
237                          nd.specfl |= SP_RBLT;
238                                                  /* compute refl. direction */
239                  for (i = 0; i < 3; i++)
# Line 243 | Line 250 | register RAY  *r;
250                  if (nd.tspec > FTINY) {
251                          nd.specfl |= SP_TRAN;
252                                                          /* check threshold */
253 <                        if (specthresh > FTINY &&
247 <                                        (specthresh >= 1.-FTINY ||
248 <                                specthresh + .05 - .1*frandom() > nd.tspec))
253 >                        if (specthresh >= nd.tspec-FTINY)
254                                  nd.specfl |= SP_TBLT;
255                          if (DOT(r->pert,r->pert) <= FTINY*FTINY) {
256                                  VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
# Line 264 | Line 269 | register RAY  *r;
269                                                  /* diffuse reflection */
270          nd.rdiff = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
271  
272 <        if (r->ro != NULL && (r->ro->otype == OBJ_FACE ||
268 <                        r->ro->otype == OBJ_RING))
272 >        if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
273                  nd.specfl |= SP_FLAT;
274  
275          getacoords(r, &nd);                     /* set up coordinates */
# Line 274 | Line 278 | register RAY  *r;
278                  agaussamp(r, &nd);
279  
280          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
281 <                ambient(ctmp, r);
281 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
282                  if (nd.specfl & SP_RBLT)
283                          scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
284                  else
285                          scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
286 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
286 >                multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
287                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
288          }
289          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
290 +                FVECT  bnorm;
291 +
292                  flipsurface(r);
293 <                ambient(ctmp, r);
293 >                bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
294 >                bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
295 >                bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
296 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
297                  if (nd.specfl & SP_TBLT)
298                          scalecolor(ctmp, nd.trans);
299                  else
300                          scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
301 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
301 >                multambient(ctmp, r, bnorm);
302                  addcolor(r->rcol, ctmp);
303                  flipsurface(r);
304          }
305                                          /* add direct component */
306          direct(r, diraniso, &nd);
307 +
308 +        return(1);
309   }
310  
311  
312 < static
313 < getacoords(r, np)               /* set up coordinate system */
314 < RAY  *r;
315 < register ANISODAT  *np;
312 > static void
313 > getacoords(             /* set up coordinate system */
314 >        RAY  *r,
315 >        register ANISODAT  *np
316 > )
317   {
318          register MFUNC  *mf;
319          register int  i;
# Line 311 | Line 323 | register ANISODAT  *np;
323          errno = 0;
324          for (i = 0; i < 3; i++)
325                  np->u[i] = evalue(mf->ep[i]);
326 <        if (errno) {
326 >        if (errno == EDOM || errno == ERANGE) {
327                  objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
328                  np->specfl |= SP_BADU;
329                  return;
# Line 328 | Line 340 | register ANISODAT  *np;
340   }
341  
342  
343 < static
344 < agaussamp(r, np)                /* sample anisotropic gaussian specular */
345 < RAY  *r;
346 < register ANISODAT  *np;
343 > static void
344 > agaussamp(              /* sample anisotropic Gaussian specular */
345 >        RAY  *r,
346 >        register ANISODAT  *np
347 > )
348   {
349          RAY  sr;
350          FVECT  h;
351          double  rv[2];
352          double  d, sinp, cosp;
353 +        int  niter;
354          register int  i;
355                                          /* compute reflection */
356          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
357 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
357 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, np->scolor) == 0) {
358                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
359 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
360 <                multisamp(rv, 2, d);
361 <                d = 2.0*PI * rv[0];
362 <                cosp = cos(d) * np->u_alpha;
363 <                sinp = sin(d) * np->v_alpha;
364 <                d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
365 <                cosp /= d;
366 <                sinp /= d;
367 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
368 <                if (rv[1] <= FTINY)
369 <                        d = 1.0;
370 <                else
371 <                        d = sqrt(-log(rv[1]) /
372 <                                (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
373 <                                 sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
374 <                for (i = 0; i < 3; i++)
375 <                        h[i] = np->pnorm[i] +
376 <                                d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
377 <                d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
378 <                for (i = 0; i < 3; i++)
379 <                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
380 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)      /* penetration? */
381 <                        VCOPY(sr.rdir, np->vrefl);      /* jitter no good */
382 <                rayvalue(&sr);
383 <                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
384 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
359 >                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
360 >                        if (niter)
361 >                                d = frandom();
362 >                        else
363 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
364 >                        multisamp(rv, 2, d);
365 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
366 >                        cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
367 >                        sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
368 >                        d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
369 >                        cosp /= d;
370 >                        sinp /= d;
371 >                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
372 >                        if (rv[1] <= FTINY)
373 >                                d = 1.0;
374 >                        else
375 >                                d = sqrt(-log(rv[1]) /
376 >                                        (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
377 >                                         sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
378 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
379 >                                h[i] = np->pnorm[i] +
380 >                                        d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
381 >                        d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
382 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
383 >                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
384 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) > FTINY) {
385 >                                checknorm(sr.rdir);
386 >                                rayvalue(&sr);
387 >                                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
388 >                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
389 >                                break;
390 >                        }
391 >                }
392                  ndims--;
393          }
394                                          /* compute transmission */
395 +        copycolor(sr.rcoef, np->mcolor);                /* modify by material color */
396 +        scalecolor(sr.rcoef, np->tspec);
397          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
398 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
398 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, sr.rcoef) == 0) {
399                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
400 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
401 <                multisamp(rv, 2, d);
402 <                d = 2.0*PI * rv[0];
403 <                cosp = cos(d) * np->u_alpha;
404 <                sinp = sin(d) * np->v_alpha;
405 <                d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
406 <                cosp /= d;
407 <                sinp /= d;
408 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
409 <                if (rv[1] <= FTINY)
410 <                        d = 1.0;
411 <                else
412 <                        d = sqrt(-log(rv[1]) /
413 <                                (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
414 <                                 sinp*sinp/(np->v_alpha*np->u_alpha)));
415 <                for (i = 0; i < 3; i++)
416 <                        sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
417 <                                        d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
418 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY)
419 <                        normalize(sr.rdir);             /* OK, normalize */
420 <                else
421 <                        VCOPY(sr.rdir, np->prdir);      /* else no jitter */
422 <                rayvalue(&sr);
423 <                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
424 <                multcolor(sr.rcol, np->mcolor);         /* modify by color */
425 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
400 >                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
401 >                        if (niter)
402 >                                d = frandom();
403 >                        else
404 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
405 >                        multisamp(rv, 2, d);
406 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
407 >                        cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
408 >                        sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
409 >                        d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
410 >                        cosp /= d;
411 >                        sinp /= d;
412 >                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
413 >                        if (rv[1] <= FTINY)
414 >                                d = 1.0;
415 >                        else
416 >                                d = sqrt(-log(rv[1]) /
417 >                                        (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
418 >                                         sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
419 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
420 >                                sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
421 >                                                d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
422 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY) {
423 >                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
424 >                                rayvalue(&sr);
425 >                                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
426 >                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
427 >                                break;
428 >                        }
429 >                }
430                  ndims--;
431          }
432   }

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