ViewVC Help
View File | Revision Log | Show Annotations | Download File | Root Listing
root/radiance/ray/src/rt/aniso.c
(Generate patch)

Comparing ray/src/rt/aniso.c (file contents):
Revision 2.30 by greg, Mon Nov 6 12:03:20 1995 UTC vs.
Revision 2.54 by greg, Sun Jul 29 19:01:39 2012 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 extern int  backvis;                    /* back faces visible? */
23
24 static  agaussamp(), getacoords();
25
22   /*
23   *      This routine implements the anisotropic Gaussian
24 < *  model described by Ward in Siggraph `92 article.
24 > *  model described by Ward in Siggraph `92 article, updated with
25 > *  normalization and sampling adjustments due to Geisler-Moroder and Duer.
26   *      We orient the surface towards the incoming ray, so a single
27   *  surface can be used to represent an infinitely thin object.
28   *
29   *  Arguments for MAT_PLASTIC2 and MAT_METAL2 are:
30   *  4+ ux       uy      uz      funcfile        [transform...]
31   *  0
32 < *  6  red      grn     blu     specular-frac.  u-facet-slope v-facet-slope
32 > *  6  red      grn     blu     specular-frac.  u-rough v-rough
33   *
34   *  Real arguments for MAT_TRANS2 are:
35   *  8  red      grn     blu     rspec   u-rough v-rough trans   tspec
# Line 64 | Line 61 | typedef struct {
61          double  pdot;           /* perturbed dot product */
62   }  ANISODAT;            /* anisotropic material data */
63  
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 +        ANISODAT *np = nnp;
77          double  ldot;
78          double  dtmp, dtmp1, dtmp2;
79          FVECT  h;
# Line 84 | Line 87 | double  omega;                 /* light source size */
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
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;
112                  av2 += np->v_alpha*np->v_alpha;
113                                                  /* half vector */
114 <                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];
114 >                VSUB(h, ldir, np->rp->rdir);
115                                                  /* ellipse */
116                  dtmp1 = DOT(np->u, h);
117                  dtmp1 *= dtmp1 / au2;
118                  dtmp2 = DOT(np->v, h);
119                  dtmp2 *= dtmp2 / av2;
120 <                                                /* gaussian */
120 >                                                /* new W-G-M-D model */
121                  dtmp = DOT(np->pnorm, h);
122 <                dtmp = (dtmp1 + dtmp2) / (dtmp*dtmp);
123 <                dtmp = exp(-dtmp) * (0.25/PI)
124 <                                * sqrt(ldot/(np->pdot*au2*av2));
122 >                dtmp *= dtmp;
123 >                dtmp1 = (dtmp1 + dtmp2) / dtmp;
124 >                dtmp = exp(-dtmp1) * DOT(h,h) /
125 >                                (PI * dtmp*dtmp * sqrt(au2*av2));
126                                                  /* worth using? */
127                  if (dtmp > FTINY) {
128                          copycolor(ctmp, np->scolor);
129 <                        dtmp *= omega;
129 >                        dtmp *= ldot * omega;
130                          scalecolor(ctmp, dtmp);
131                          addcolor(cval, ctmp);
132                  }
133          }
134 <        if (ldot < -FTINY && np->tdiff > FTINY) {
134 >        if ((ldot < -FTINY) & (np->tdiff > FTINY)) {
135                  /*
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 144 | Line 146 | double  omega;                 /* light source size */
146                   *  is always modified by material color.
147                   */
148                                                  /* roughness + source */
149 <                au2 = av2 = omega / PI;
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];
152 <                h[1] = ldir[1] - np->prdir[1];
153 <                h[2] = ldir[2] - np->prdir[2];
153 >                VSUB(h, ldir, np->prdir);
154                  dtmp = DOT(h,h);
155                  if (dtmp > FTINY*FTINY) {
156                          dtmp1 = DOT(h,np->pnorm);
# Line 164 | Line 164 | double  omega;                 /* light source size */
164                          }
165                  } else
166                          dtmp = 0.0;
167 <                                                /* gaussian */
168 <                dtmp = exp(-dtmp) * (1.0/PI)
169 <                                * sqrt(-ldot/(np->pdot*au2*av2));
167 >                                                /* Gaussian */
168 >                dtmp = exp(-dtmp) * (1.0/PI) * sqrt(-ldot/(np->pdot*au2*av2));
169                                                  /* worth using? */
170                  if (dtmp > FTINY) {
171                          copycolor(ctmp, np->mcolor);
# Line 178 | Line 177 | double  omega;                 /* light source size */
177   }
178  
179  
180 < m_aniso(m, r)                   /* shade ray that hit something anisotropic */
181 < register OBJREC  *m;
182 < register RAY  *r;
180 > int
181 > m_aniso(                        /* shade ray that hit something anisotropic */
182 >        OBJREC  *m,
183 >        RAY  *r
184 > )
185   {
186          ANISODAT  nd;
187          COLOR  ctmp;
188 <        register int  i;
188 >        int  i;
189                                                  /* easy shadow test */
190          if (r->crtype & SHADOW)
191                  return(1);
192  
193          if (m->oargs.nfargs != (m->otype == MAT_TRANS2 ? 8 : 6))
194                  objerror(m, USER, "bad number of real arguments");
195 +                                                /* check for back side */
196 +        if (r->rod < 0.0) {
197 +                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS2) {
198 +                        raytrans(r);
199 +                        return(1);
200 +                }
201 +                raytexture(r, m->omod);
202 +                flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
203 +        } else
204 +                raytexture(r, m->omod);
205 +                                                /* get material color */
206          nd.mp = m;
207          nd.rp = r;
196                                                /* get material color */
208          setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
209                             m->oargs.farg[1],
210                             m->oargs.farg[2]);
# Line 201 | Line 212 | register RAY  *r;
212          nd.specfl = 0;
213          nd.u_alpha = m->oargs.farg[4];
214          nd.v_alpha = m->oargs.farg[5];
215 <        if (nd.u_alpha < FTINY || nd.v_alpha <= FTINY)
215 >        if ((nd.u_alpha <= FTINY) | (nd.v_alpha <= FTINY))
216                  objerror(m, USER, "roughness too small");
217 <                                                /* check for back side */
207 <        if (r->rod < 0.0) {
208 <                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS2) {
209 <                        raytrans(r);
210 <                        return(1);
211 <                }
212 <                flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
213 <        }
214 <                                                /* get modifiers */
215 <        raytexture(r, m->omod);
217 >
218          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
219          if (nd.pdot < .001)
220                  nd.pdot = .001;                 /* non-zero for diraniso() */
# Line 230 | Line 232 | register RAY  *r;
232                  if (specthresh >= nd.rspec-FTINY)
233                          nd.specfl |= SP_RBLT;
234                                                  /* compute refl. direction */
235 <                for (i = 0; i < 3; i++)
234 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
235 >                VSUM(nd.vrefl, r->rdir, nd.pnorm, 2.0*nd.pdot);
236                  if (DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)     /* penetration? */
237 <                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
237 <                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
237 >                        VSUM(nd.vrefl, r->rdir, r->ron, 2.0*r->rod);
238          }
239                                                  /* compute transmission */
240          if (m->otype == MAT_TRANS2) {
# Line 272 | Line 272 | register RAY  *r;
272                  agaussamp(r, &nd);
273  
274          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
275 <                ambient(ctmp, r, nd.pnorm);
276 <                if (nd.specfl & SP_RBLT)
277 <                        scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
278 <                else
279 <                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
280 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
275 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
276 >                scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
277 >                if (nd.specfl & SP_RBLT)        /* add in specular as well? */
278 >                        addcolor(ctmp, nd.scolor);
279 >                multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
280                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
281          }
282          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
283 +                FVECT  bnorm;
284 +
285                  flipsurface(r);
286 <                ambient(ctmp, r, nd.pnorm);
286 >                bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
287 >                bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
288 >                bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
289 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
290                  if (nd.specfl & SP_TBLT)
291                          scalecolor(ctmp, nd.trans);
292                  else
293                          scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
294 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
294 >                multambient(ctmp, r, bnorm);
295                  addcolor(r->rcol, ctmp);
296                  flipsurface(r);
297          }
# Line 298 | Line 302 | register RAY  *r;
302   }
303  
304  
305 < static
306 < getacoords(r, np)               /* set up coordinate system */
307 < RAY  *r;
308 < register ANISODAT  *np;
305 > static void
306 > getacoords(             /* set up coordinate system */
307 >        RAY  *r,
308 >        ANISODAT  *np
309 > )
310   {
311 <        register MFUNC  *mf;
312 <        register int  i;
311 >        MFUNC  *mf;
312 >        int  i;
313  
314          mf = getfunc(np->mp, 3, 0x7, 1);
315          setfunc(np->mp, r);
316          errno = 0;
317          for (i = 0; i < 3; i++)
318                  np->u[i] = evalue(mf->ep[i]);
319 <        if (errno) {
319 >        if ((errno == EDOM) | (errno == ERANGE)) {
320                  objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
321                  np->specfl |= SP_BADU;
322                  return;
323          }
324 <        if (mf->f != &unitxf)
325 <                multv3(np->u, np->u, mf->f->xfm);
324 >        if (mf->fxp != &unitxf)
325 >                multv3(np->u, np->u, mf->fxp->xfm);
326          fcross(np->v, np->pnorm, np->u);
327          if (normalize(np->v) == 0.0) {
328                  objerror(np->mp, WARNING, "illegal orientation vector");
# Line 328 | Line 333 | register ANISODAT  *np;
333   }
334  
335  
336 < static
337 < agaussamp(r, np)                /* sample anisotropic gaussian specular */
338 < RAY  *r;
339 < register ANISODAT  *np;
336 > static void
337 > agaussamp(              /* sample anisotropic Gaussian specular */
338 >        RAY  *r,
339 >        ANISODAT  *np
340 > )
341   {
342          RAY  sr;
343          FVECT  h;
344          double  rv[2];
345          double  d, sinp, cosp;
346 <        register int  i;
346 >        COLOR   scol;
347 >        int  maxiter, ntrials, nstarget, nstaken;
348 >        int  i;
349                                          /* compute reflection */
350          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
351 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
352 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
353 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
354 <                multisamp(rv, 2, d);
355 <                d = 2.0*PI * rv[0];
356 <                cosp = cos(d) * np->u_alpha;
357 <                sinp = sin(d) * np->v_alpha;
358 <                d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
359 <                cosp /= d;
360 <                sinp /= d;
361 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
362 <                if (rv[1] <= FTINY)
363 <                        d = 1.0;
364 <                else
365 <                        d = sqrt(-log(rv[1]) /
366 <                                (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
367 <                                 sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
368 <                for (i = 0; i < 3; i++)
369 <                        h[i] = np->pnorm[i] +
370 <                                d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
371 <                d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
372 <                for (i = 0; i < 3; i++)
373 <                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
374 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)      /* penetration? */
375 <                        VCOPY(sr.rdir, np->vrefl);      /* jitter no good */
376 <                rayvalue(&sr);
377 <                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
378 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
351 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, np->scolor) == 0) {
352 >                nstarget = 1;
353 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
354 >                        nstarget = specjitter*r->rweight + .5;
355 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
356 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
357 >                        if (nstarget > 1) {
358 >                                d = 1./nstarget;
359 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
360 >                                sr.rweight *= d;
361 >                        } else
362 >                                nstarget = 1;
363 >                }
364 >                setcolor(scol, 0., 0., 0.);
365 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
366 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
367 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
368 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
369 >                        if (ntrials)
370 >                                d = frandom();
371 >                        else
372 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
373 >                        multisamp(rv, 2, d);
374 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
375 >                        cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
376 >                        sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
377 >                        d = 1./sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
378 >                        cosp *= d;
379 >                        sinp *= d;
380 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
381 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
382 >                        if (rv[1] <= FTINY)
383 >                                d = 1.0;
384 >                        else
385 >                                d = sqrt(-log(rv[1]) /
386 >                                        (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
387 >                                         sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
388 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
389 >                                h[i] = np->pnorm[i] +
390 >                                        d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
391 >                        d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
392 >                        VSUM(sr.rdir, r->rdir, h, d);
393 >                                                /* sample rejection test */
394 >                        if ((d = DOT(sr.rdir, r->ron)) <= FTINY)
395 >                                continue;
396 >                        checknorm(sr.rdir);
397 >                        if (nstarget > 1) {     /* W-G-M-D adjustment */
398 >                                if (nstaken) rayclear(&sr);
399 >                                rayvalue(&sr);
400 >                                d = 2./(1. + r->rod/d);
401 >                                scalecolor(sr.rcol, d);
402 >                                addcolor(scol, sr.rcol);
403 >                        } else {
404 >                                rayvalue(&sr);
405 >                                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
406 >                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
407 >                        }
408 >                        ++nstaken;
409 >                }
410 >                if (nstarget > 1) {             /* final W-G-M-D weighting */
411 >                        multcolor(scol, sr.rcoef);
412 >                        d = (double)nstarget/ntrials;
413 >                        scalecolor(scol, d);
414 >                        addcolor(r->rcol, scol);
415 >                }
416                  ndims--;
417          }
418                                          /* compute transmission */
419 +        copycolor(sr.rcoef, np->mcolor);                /* modify by material color */
420 +        scalecolor(sr.rcoef, np->tspec);
421          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
422 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
423 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
424 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
425 <                multisamp(rv, 2, d);
426 <                d = 2.0*PI * rv[0];
427 <                cosp = cos(d) * np->u_alpha;
428 <                sinp = sin(d) * np->v_alpha;
429 <                d = sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
430 <                cosp /= d;
431 <                sinp /= d;
432 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
433 <                if (rv[1] <= FTINY)
434 <                        d = 1.0;
435 <                else
436 <                        d = sqrt(-log(rv[1]) /
437 <                                (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
438 <                                 sinp*sinp/(np->v_alpha*np->u_alpha)));
439 <                for (i = 0; i < 3; i++)
440 <                        sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
441 <                                        d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
442 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY)
443 <                        normalize(sr.rdir);             /* OK, normalize */
444 <                else
445 <                        VCOPY(sr.rdir, np->prdir);      /* else no jitter */
446 <                rayvalue(&sr);
447 <                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
448 <                multcolor(sr.rcol, np->mcolor);         /* modify by color */
449 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
422 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, sr.rcoef) == 0) {
423 >                nstarget = 1;
424 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
425 >                        nstarget = specjitter*r->rweight + .5;
426 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
427 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
428 >                        if (nstarget > 1) {
429 >                                d = 1./nstarget;
430 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
431 >                                sr.rweight *= d;
432 >                        } else
433 >                                nstarget = 1;
434 >                }
435 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
436 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
437 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
438 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
439 >                        if (ntrials)
440 >                                d = frandom();
441 >                        else
442 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
443 >                        multisamp(rv, 2, d);
444 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
445 >                        cosp = tcos(d) * np->u_alpha;
446 >                        sinp = tsin(d) * np->v_alpha;
447 >                        d = 1./sqrt(cosp*cosp + sinp*sinp);
448 >                        cosp *= d;
449 >                        sinp *= d;
450 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
451 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
452 >                        if (rv[1] <= FTINY)
453 >                                d = 1.0;
454 >                        else
455 >                                d = sqrt(-log(rv[1]) /
456 >                                        (cosp*cosp/(np->u_alpha*np->u_alpha) +
457 >                                         sinp*sinp/(np->v_alpha*np->v_alpha)));
458 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
459 >                                sr.rdir[i] = np->prdir[i] +
460 >                                                d*(cosp*np->u[i] + sinp*np->v[i]);
461 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) >= -FTINY)
462 >                                continue;
463 >                        normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
464 >                        if (nstaken)            /* multi-sampling */
465 >                                rayclear(&sr);
466 >                        rayvalue(&sr);
467 >                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
468 >                        addcolor(r->rcol, sr.rcol);
469 >                        ++nstaken;
470 >                }
471                  ndims--;
472          }
473   }

Diff Legend

Removed lines
+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines