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

Comparing ray/src/rt/aniso.c (file contents):
Revision 2.2 by greg, Sat Jan 4 23:36:40 1992 UTC vs.
Revision 2.24 by greg, Mon Mar 8 12:37:18 1993 UTC

# Line 16 | Line 16 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
16  
17   #include  "random.h"
18  
19 + extern double  specthresh;              /* specular sampling threshold */
20 + extern double  specjitter;              /* specular sampling jitter */
21 +
22 + static  agaussamp();
23 +
24   /*
25 < *      This anisotropic reflection model uses a variant on the
26 < *  exponential Gaussian used in normal.c.
25 > *      This routine implements the anisotropic Gaussian
26 > *  model described by Ward in Siggraph `92 article.
27   *      We orient the surface towards the incoming ray, so a single
28   *  surface can be used to represent an infinitely thin object.
29   *
# Line 36 | Line 41 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
41                                  /* specularity flags */
42   #define  SP_REFL        01              /* has reflected specular component */
43   #define  SP_TRAN        02              /* has transmitted specular */
44 < #define  SP_PURE        010             /* purely specular (zero roughness) */
45 < #define  SP_BADU        020             /* bad u direction calculation */
46 < #define  SP_FLAT        040             /* reflecting surface is flat */
44 > #define  SP_FLAT        04              /* reflecting surface is flat */
45 > #define  SP_RBLT        010             /* reflection below sample threshold */
46 > #define  SP_TBLT        020             /* transmission below threshold */
47 > #define  SP_BADU        040             /* bad u direction calculation */
48  
49   typedef struct {
50          OBJREC  *mp;            /* material pointer */
# Line 46 | Line 52 | typedef struct {
52          short  specfl;          /* specularity flags, defined above */
53          COLOR  mcolor;          /* color of this material */
54          COLOR  scolor;          /* color of specular component */
55 +        FVECT  vrefl;           /* vector in reflected direction */
56          FVECT  prdir;           /* vector in transmitted direction */
57          FVECT  u, v;            /* u and v vectors orienting anisotropy */
58          double  u_alpha;        /* u roughness */
# Line 65 | Line 72 | FVECT  ldir;                   /* light source direction */
72   double  omega;                  /* light source size */
73   {
74          double  ldot;
75 <        double  dtmp, dtmp2;
75 >        double  dtmp, dtmp1, dtmp2;
76          FVECT  h;
77          double  au2, av2;
78          COLOR  ctmp;
# Line 88 | Line 95 | double  omega;                 /* light source size */
95                  scalecolor(ctmp, dtmp);
96                  addcolor(cval, ctmp);
97          }
98 <        if (ldot > FTINY && (np->specfl&(SP_REFL|SP_PURE|SP_BADU)) == SP_REFL) {
98 >        if (ldot > FTINY && (np->specfl&(SP_REFL|SP_BADU)) == SP_REFL) {
99                  /*
100                   *  Compute specular reflection coefficient using
101                   *  anisotropic gaussian distribution model.
# Line 98 | Line 105 | double  omega;                 /* light source size */
105                          au2 = av2 = omega/(4.0*PI);
106                  else
107                          au2 = av2 = 0.0;
108 <                au2 += np->u_alpha * np->u_alpha;
109 <                av2 += np->v_alpha * np->v_alpha;
108 >                au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
109 >                av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
110                                                  /* half vector */
111                  h[0] = ldir[0] - np->rp->rdir[0];
112                  h[1] = ldir[1] - np->rp->rdir[1];
113                  h[2] = ldir[2] - np->rp->rdir[2];
107 –                normalize(h);
114                                                  /* ellipse */
115 <                dtmp = DOT(np->u, h);
116 <                dtmp *= dtmp / au2;
115 >                dtmp1 = DOT(np->u, h);
116 >                dtmp1 *= dtmp1 / au2;
117                  dtmp2 = DOT(np->v, h);
118                  dtmp2 *= dtmp2 / av2;
119                                                  /* gaussian */
120 <                dtmp = (dtmp + dtmp2) / (1.0 + DOT(np->pnorm, h));
121 <                dtmp = exp(-2.0*dtmp) / (4.0*PI * sqrt(au2*av2));
120 >                dtmp = DOT(np->pnorm, h);
121 >                dtmp = (dtmp1 + dtmp2) / (dtmp*dtmp);
122 >                dtmp = exp(-dtmp) * (0.25/PI)
123 >                                * sqrt(ldot/(np->pdot*au2*av2));
124                                                  /* worth using? */
125                  if (dtmp > FTINY) {
126                          copycolor(ctmp, np->scolor);
127 <                        dtmp *= omega / np->pdot;
127 >                        dtmp *= omega;
128                          scalecolor(ctmp, dtmp);
129                          addcolor(cval, ctmp);
130                  }
# Line 130 | Line 138 | double  omega;                 /* light source size */
138                  scalecolor(ctmp, dtmp);
139                  addcolor(cval, ctmp);
140          }
141 <        if (ldot < -FTINY && (np->specfl&(SP_TRAN|SP_PURE|SP_BADU)) == SP_TRAN) {
141 >        if (ldot < -FTINY && (np->specfl&(SP_TRAN|SP_BADU)) == SP_TRAN) {
142                  /*
143                   *  Compute specular transmission.  Specular transmission
144                   *  is always modified by material color.
145                   */
146                                                  /* roughness + source */
147 +                au2 = av2 = omega / PI;
148 +                au2 += np->u_alpha*np->u_alpha;
149 +                av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
150 +                                                /* "half vector" */
151 +                h[0] = ldir[0] - np->prdir[0];
152 +                h[1] = ldir[1] - np->prdir[1];
153 +                h[2] = ldir[2] - np->prdir[2];
154 +                dtmp = DOT(h,h);
155 +                if (dtmp > FTINY*FTINY) {
156 +                        dtmp1 = DOT(h,np->pnorm);
157 +                        dtmp = 1.0 - dtmp1*dtmp1/dtmp;
158 +                        if (dtmp > FTINY*FTINY) {
159 +                                dtmp1 = DOT(h,np->u);
160 +                                dtmp1 *= dtmp1 / au2;
161 +                                dtmp2 = DOT(h,np->v);
162 +                                dtmp2 *= dtmp2 / av2;
163 +                                dtmp = (dtmp1 + dtmp2) / dtmp;
164 +                        }
165 +                } else
166 +                        dtmp = 0.0;
167                                                  /* gaussian */
168 <                dtmp = 0.0;
168 >                dtmp = exp(-dtmp) * (1.0/PI)
169 >                                * sqrt(-ldot/(np->pdot*au2*av2));
170                                                  /* worth using? */
171                  if (dtmp > FTINY) {
172                          copycolor(ctmp, np->mcolor);
173 <                        dtmp *= np->tspec * omega / np->pdot;
173 >                        dtmp *= np->tspec * omega;
174                          scalecolor(ctmp, dtmp);
175                          addcolor(cval, ctmp);
176                  }
# Line 154 | Line 183 | register OBJREC  *m;
183   register RAY  *r;
184   {
185          ANISODAT  nd;
157 –        double  transtest, transdist;
186          double  dtmp;
187          COLOR  ctmp;
188          register int  i;
189                                                  /* easy shadow test */
190 <        if (r->crtype & SHADOW && m->otype != MAT_TRANS2)
190 >        if (r->crtype & SHADOW)
191                  return;
192  
193          if (m->oargs.nfargs != (m->otype == MAT_TRANS2 ? 8 : 6))
# Line 174 | Line 202 | register RAY  *r;
202          nd.specfl = 0;
203          nd.u_alpha = m->oargs.farg[4];
204          nd.v_alpha = m->oargs.farg[5];
205 <        if (nd.u_alpha <= FTINY || nd.v_alpha <= FTINY)
206 <                nd.specfl |= SP_PURE;
205 >        if (nd.u_alpha < FTINY || nd.v_alpha <= FTINY)
206 >                objerror(m, USER, "roughness too small");
207                                                  /* reorient if necessary */
208          if (r->rod < 0.0)
209                  flipsurface(r);
# Line 185 | Line 213 | register RAY  *r;
213          if (nd.pdot < .001)
214                  nd.pdot = .001;                 /* non-zero for diraniso() */
215          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
188 –        transtest = 0;
216                                                  /* get specular component */
217          if ((nd.rspec = m->oargs.farg[3]) > FTINY) {
218                  nd.specfl |= SP_REFL;
# Line 200 | Line 227 | register RAY  *r;
227                  for (i = 0; i < 3; i++)
228                          colval(nd.scolor,i) += (1.0-colval(nd.scolor,i))*dtmp;
229                  nd.rspec += (1.0-nd.rspec)*dtmp;
230 <
231 <                if (!(r->crtype & SHADOW) && nd.specfl & SP_PURE) {
232 <                        RAY  lr;
233 <                        if (rayorigin(&lr, r, REFLECTED, nd.rspec) == 0) {
234 <                                for (i = 0; i < 3; i++)
235 <                                        lr.rdir[i] = r->rdir[i] +
236 <                                                2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
237 <                                rayvalue(&lr);
238 <                                multcolor(lr.rcol, nd.scolor);
239 <                                addcolor(r->rcol, lr.rcol);
240 <                        }
214 <                }
230 >                                                /* check threshold */
231 >                if (specthresh > FTINY &&
232 >                                (specthresh >= 1.-FTINY ||
233 >                                specthresh + .05 - .1*frandom() > nd.rspec))
234 >                        nd.specfl |= SP_RBLT;
235 >                                                /* compute refl. direction */
236 >                for (i = 0; i < 3; i++)
237 >                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
238 >                if (DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)     /* penetration? */
239 >                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
240 >                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
241          }
242                                                  /* compute transmission */
243 <        if (m->otype == MAT_TRANS) {
243 >        if (m->otype == MAT_TRANS2) {
244                  nd.trans = m->oargs.farg[6]*(1.0 - nd.rspec);
245                  nd.tspec = nd.trans * m->oargs.farg[7];
246                  nd.tdiff = nd.trans - nd.tspec;
247                  if (nd.tspec > FTINY) {
248                          nd.specfl |= SP_TRAN;
249 <                        if (r->crtype & SHADOW ||
250 <                                        DOT(r->pert,r->pert) <= FTINY*FTINY) {
249 >                                                        /* check threshold */
250 >                        if (specthresh > FTINY &&
251 >                                        (specthresh >= 1.-FTINY ||
252 >                                specthresh + .05 - .1*frandom() > nd.tspec))
253 >                                nd.specfl |= SP_TBLT;
254 >                        if (DOT(r->pert,r->pert) <= FTINY*FTINY) {
255                                  VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
226 –                                transtest = 2;
256                          } else {
257                                  for (i = 0; i < 3; i++)         /* perturb */
258 <                                        nd.prdir[i] = r->rdir[i] -
259 <                                                        .75*r->pert[i];
260 <                                normalize(nd.prdir);
258 >                                        nd.prdir[i] = r->rdir[i] - r->pert[i];
259 >                                if (DOT(nd.prdir, r->ron) < -FTINY)
260 >                                        normalize(nd.prdir);    /* OK */
261 >                                else
262 >                                        VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
263                          }
264                  }
265          } else
266                  nd.tdiff = nd.tspec = nd.trans = 0.0;
236 –                                                /* transmitted ray */
237 –        if ((nd.specfl&(SP_TRAN|SP_PURE)) == (SP_TRAN|SP_PURE)) {
238 –                RAY  lr;
239 –                if (rayorigin(&lr, r, TRANS, nd.tspec) == 0) {
240 –                        VCOPY(lr.rdir, nd.prdir);
241 –                        rayvalue(&lr);
242 –                        scalecolor(lr.rcol, nd.tspec);
243 –                        multcolor(lr.rcol, nd.mcolor);  /* modified by color */
244 –                        addcolor(r->rcol, lr.rcol);
245 –                        transtest *= bright(lr.rcol);
246 –                        transdist = r->rot + lr.rt;
247 –                }
248 –        }
267  
250 –        if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
251 –                return;
268                                                  /* diffuse reflection */
269          nd.rdiff = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
270  
271 <        if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rdiff <= FTINY && nd.tdiff <= FTINY)
272 <                return;                         /* 100% pure specular */
271 >        if (r->ro != NULL && (r->ro->otype == OBJ_FACE ||
272 >                        r->ro->otype == OBJ_RING))
273 >                nd.specfl |= SP_FLAT;
274  
275          getacoords(r, &nd);                     /* set up coordinates */
276  
277 <        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN) && !(nd.specfl & (SP_PURE|SP_BADU)))
277 >        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN) && !(nd.specfl & SP_BADU))
278                  agaussamp(r, &nd);
279  
280          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
281                  ambient(ctmp, r);
282 <                scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
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 */
287                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
288          }
289          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
290                  flipsurface(r);
291                  ambient(ctmp, r);
292 <                scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
292 >                if (nd.specfl & SP_TBLT)
293 >                        scalecolor(ctmp, nd.trans);
294 >                else
295 >                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
296                  multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
297                  addcolor(r->rcol, ctmp);
298                  flipsurface(r);
299          }
300                                          /* add direct component */
301          direct(r, diraniso, &nd);
279 –                                        /* check distance */
280 –        if (transtest > bright(r->rcol))
281 –                r->rt = transdist;
302   }
303  
304  
# Line 300 | Line 320 | register ANISODAT  *np;
320                  np->specfl |= SP_BADU;
321                  return;
322          }
323 <        multv3(np->u, np->u, mf->f->xfm);
323 >        if (mf->f != &unitxf)
324 >                multv3(np->u, np->u, mf->f->xfm);
325          fcross(np->v, np->pnorm, np->u);
326          if (normalize(np->v) == 0.0) {
327                  objerror(np->mp, WARNING, "illegal orientation vector");
# Line 320 | Line 341 | register ANISODAT  *np;
341          FVECT  h;
342          double  rv[2];
343          double  d, sinp, cosp;
323 –        int  confuse;
344          register int  i;
345                                          /* compute reflection */
346 <        if (np->specfl & SP_REFL &&
346 >        if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
347                          rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
328 –                confuse = 0;
348                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
349 <        refagain:
331 <                dimlist[ndims] = confuse += 3601;
332 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims+1)+samplendx);
349 >                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
350                  multisamp(rv, 2, d);
351                  d = 2.0*PI * rv[0];
352 <                cosp = np->u_alpha * cos(d);
353 <                sinp = np->v_alpha * sin(d);
352 >                cosp = cos(d) * np->u_alpha;
353 >                sinp = sin(d) * np->v_alpha;
354                  d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
355                  cosp /= d;
356                  sinp /= d;
357 +                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
358                  if (rv[1] <= FTINY)
359                          d = 1.0;
360                  else
361 <                        d = sqrt( -log(rv[1]) /
361 >                        d = sqrt(-log(rv[1]) /
362                                  (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
363 <                                 sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)) );
363 >                                 sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
364                  for (i = 0; i < 3; i++)
365                          h[i] = np->pnorm[i] +
366 <                                        d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
366 >                                d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
367                  d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
368                  for (i = 0; i < 3; i++)
369                          sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
370 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)      /* oops! */
371 <                        goto refagain;
370 >                if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)      /* penetration? */
371 >                        VCOPY(sr.rdir, np->vrefl);      /* jitter no good */
372                  rayvalue(&sr);
373                  multcolor(sr.rcol, np->scolor);
374                  addcolor(r->rcol, sr.rcol);
375                  ndims--;
376          }
377                                          /* compute transmission */
378 +        if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
379 +                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
380 +                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
381 +                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
382 +                multisamp(rv, 2, d);
383 +                d = 2.0*PI * rv[0];
384 +                cosp = cos(d) * np->u_alpha;
385 +                sinp = sin(d) * np->v_alpha;
386 +                d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
387 +                cosp /= d;
388 +                sinp /= d;
389 +                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
390 +                if (rv[1] <= FTINY)
391 +                        d = 1.0;
392 +                else
393 +                        d = sqrt(-log(rv[1]) /
394 +                                (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
395 +                                 sinp*sinp/(np->v_alpha*np->u_alpha)));
396 +                for (i = 0; i < 3; i++)
397 +                        sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
398 +                                        d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
399 +                if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY)
400 +                        normalize(sr.rdir);             /* OK, normalize */
401 +                else
402 +                        VCOPY(sr.rdir, np->prdir);      /* else no jitter */
403 +                rayvalue(&sr);
404 +                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
405 +                multcolor(sr.rcol, np->mcolor);         /* modify by color */
406 +                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
407 +                ndims--;
408 +        }
409   }

Diff Legend

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