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

Comparing ray/src/rt/aniso.c (file contents):
Revision 2.26 by greg, Thu Nov 18 09:42:55 1993 UTC vs.
Revision 2.49 by greg, Sun Oct 10 22:31:45 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 – static  agaussamp(), getacoords();
23 –
22   /*
23   *      This routine implements the anisotropic Gaussian
24   *  model described by Ward in Siggraph `92 article.
# 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 114 | Line 119 | double  omega;                 /* light source size */
119                  dtmp1 *= dtmp1 / au2;
120                  dtmp2 = DOT(np->v, h);
121                  dtmp2 *= dtmp2 / av2;
122 <                                                /* gaussian */
122 >                                                /* new W-G-M-D model */
123                  dtmp = DOT(np->pnorm, h);
124 <                dtmp = (dtmp1 + dtmp2) / (dtmp*dtmp);
125 <                dtmp = exp(-dtmp) * (0.25/PI)
126 <                                * sqrt(ldot/(np->pdot*au2*av2));
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" */
# Line 162 | Line 168 | double  omega;                 /* light source size */
168                          }
169                  } else
170                          dtmp = 0.0;
171 <                                                /* gaussian */
172 <                dtmp = exp(-dtmp) * (1.0/PI)
167 <                                * 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 176 | 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;
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;
194 –                                                /* get material color */
212          setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
213                             m->oargs.farg[1],
214                             m->oargs.farg[2]);
# Line 199 | 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 */
205 <        if (r->rod < 0.0)
206 <                flipsurface(r);
207 <                                                /* get modifiers */
208 <        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 223 | Line 236 | register RAY  *r;
236                  if (specthresh >= nd.rspec-FTINY)
237                          nd.specfl |= SP_RBLT;
238                                                  /* compute refl. direction */
239 <                for (i = 0; i < 3; i++)
227 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
239 >                VSUM(nd.vrefl, r->rdir, nd.pnorm, 2.0*nd.pdot);
240                  if (DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)     /* penetration? */
241 <                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
230 <                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
241 >                        VSUM(nd.vrefl, r->rdir, r->ron, 2.0*r->rod);
242          }
243                                                  /* compute transmission */
244          if (m->otype == MAT_TRANS2) {
# Line 256 | 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 ||
260 <                        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 266 | Line 276 | register RAY  *r;
276                  agaussamp(r, &nd);
277  
278          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
279 <                ambient(ctmp, r);
279 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
280                  if (nd.specfl & SP_RBLT)
281                          scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
282                  else
283                          scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
284 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
284 >                multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
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 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
295                  if (nd.specfl & SP_TBLT)
296                          scalecolor(ctmp, nd.trans);
297                  else
298                          scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
299 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
299 >                multambient(ctmp, r, bnorm);
300                  addcolor(r->rcol, ctmp);
301                  flipsurface(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 303 | 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;
# Line 320 | 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 +        COLOR   scol;
352 +        int  niter, ns2go;
353          register int  i;
354                                          /* compute reflection */
355          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
356 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
356 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, np->scolor) == 0) {
357 >                copycolor(scol, np->scolor);
358 >                ns2go = 1;
359 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
360 >                        ns2go = specjitter*r->rweight + .5;
361 >                        if (sr.rweight <= minweight*ns2go)
362 >                                ns2go = sr.rweight/minweight;
363 >                        if (ns2go > 1) {
364 >                                d = 1./ns2go;
365 >                                scalecolor(scol, d);
366 >                                sr.rweight *= d;
367 >                        } else
368 >                                ns2go = 1;
369 >                }
370                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
371 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
372 <                multisamp(rv, 2, d);
373 <                d = 2.0*PI * rv[0];
374 <                cosp = cos(d) * np->u_alpha;
375 <                sinp = sin(d) * np->v_alpha;
376 <                d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
377 <                cosp /= d;
378 <                sinp /= d;
379 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
380 <                if (rv[1] <= FTINY)
381 <                        d = 1.0;
382 <                else
383 <                        d = sqrt(-log(rv[1]) /
384 <                                (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
385 <                                 sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
386 <                for (i = 0; i < 3; i++)
387 <                        h[i] = np->pnorm[i] +
388 <                                d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
389 <                d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
390 <                for (i = 0; i < 3; i++)
391 <                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
392 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)      /* penetration? */
393 <                        VCOPY(sr.rdir, np->vrefl);      /* jitter no good */
394 <                rayvalue(&sr);
395 <                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
396 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
371 >                for (niter = ns2go*MAXITER; (ns2go > 0) & (niter > 0); niter--) {
372 >                        if (specjitter > 1.5)
373 >                                d = frandom();
374 >                        else
375 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
376 >                        multisamp(rv, 2, d);
377 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
378 >                        cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
379 >                        sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
380 >                        d = 1./sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
381 >                        cosp *= d;
382 >                        sinp *= d;
383 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
384 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
385 >                        if (rv[1] <= FTINY)
386 >                                d = 1.0;
387 >                        else
388 >                                d = sqrt(-log(rv[1]) /
389 >                                        (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
390 >                                         sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
391 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
392 >                                h[i] = np->pnorm[i] +
393 >                                        d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
394 >                        d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
395 >                        if (d <= np->pdot + FTINY)
396 >                                continue;
397 >                        VSUM(sr.rdir, r->rdir, h, d);
398 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)
399 >                                continue;
400 >                        checknorm(sr.rdir);
401 >                        if (specjitter > 1.5) { /* adjusted W-G-M-D weight */
402 >                                d = 2.*(1. - np->pdot/d);
403 >                                copycolor(sr.rcoef, scol);
404 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
405 >                                rayclear(&sr);
406 >                        }
407 >                        rayvalue(&sr);
408 >                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
409 >                        addcolor(r->rcol, sr.rcol);
410 >                        --ns2go;
411 >                }
412                  ndims--;
413          }
414                                          /* compute transmission */
415 +        copycolor(sr.rcoef, np->mcolor);                /* modify by material color */
416 +        scalecolor(sr.rcoef, np->tspec);
417          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
418 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
418 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, sr.rcoef) == 0) {
419 >                ns2go = 1;
420 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
421 >                        ns2go = specjitter*r->rweight + .5;
422 >                        if (sr.rweight <= minweight*ns2go)
423 >                                ns2go = sr.rweight/minweight;
424 >                        if (ns2go > 1) {
425 >                                d = 1./ns2go;
426 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
427 >                                sr.rweight *= d;
428 >                        } else
429 >                                ns2go = 1;
430 >                }
431                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
432 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
433 <                multisamp(rv, 2, d);
434 <                d = 2.0*PI * rv[0];
435 <                cosp = cos(d) * np->u_alpha;
436 <                sinp = sin(d) * np->v_alpha;
437 <                d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
438 <                cosp /= d;
439 <                sinp /= d;
440 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
441 <                if (rv[1] <= FTINY)
442 <                        d = 1.0;
443 <                else
444 <                        d = sqrt(-log(rv[1]) /
445 <                                (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
446 <                                 sinp*sinp/(np->v_alpha*np->u_alpha)));
447 <                for (i = 0; i < 3; i++)
448 <                        sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
449 <                                        d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
450 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY)
451 <                        normalize(sr.rdir);             /* OK, normalize */
452 <                else
453 <                        VCOPY(sr.rdir, np->prdir);      /* else no jitter */
454 <                rayvalue(&sr);
455 <                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
456 <                multcolor(sr.rcol, np->mcolor);         /* modify by color */
457 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
432 >                for (niter = ns2go*MAXITER; (ns2go > 0) & (niter > 0); niter--) {
433 >                        if (specjitter > 1.5)
434 >                                d = frandom();
435 >                        else
436 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
437 >                        multisamp(rv, 2, d);
438 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
439 >                        cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
440 >                        sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
441 >                        d = 1./sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
442 >                        cosp *= d;
443 >                        sinp *= d;
444 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
445 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
446 >                        if (rv[1] <= FTINY)
447 >                                d = 1.0;
448 >                        else
449 >                                d = sqrt(-log(rv[1]) /
450 >                                        (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
451 >                                         sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
452 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
453 >                                sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
454 >                                                d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
455 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) >= -FTINY)
456 >                                continue;
457 >                        normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
458 >                        if (specjitter > 1.5)   /* multi-sampling */
459 >                                rayclear(&sr);
460 >                        rayvalue(&sr);
461 >                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
462 >                        addcolor(r->rcol, sr.rcol);
463 >                        --ns2go;
464 >                }
465                  ndims--;
466          }
467   }

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