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

Comparing ray/src/rt/m_brdf.c (file contents):
Revision 1.1 by greg, Wed Dec 12 22:02:58 1990 UTC vs.
Revision 2.21 by schorsch, Tue Mar 30 16:13:01 2004 UTC

# Line 1 | Line 1
1 /* Copyright (c) 1990 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 for materials with arbitrary BRDF's
6   */
7  
8 < #include  "ray.h"
8 > #include "copyright.h"
9  
10 + #include  "ray.h"
11 + #include  "ambient.h"
12   #include  "data.h"
13 <
13 > #include  "source.h"
14   #include  "otypes.h"
15 + #include  "rtotypes.h"
16 + #include  "func.h"
17  
18   /*
19   *      Arguments to this material include the color and specularity.
20   *  String arguments include the reflection function and files.
21   *  The BRDF is currently used just for the specular component to light
22   *  sources.  Reflectance values or data coordinates are functions
23 < *  of the direction to the light source.
23 > *  of the direction to the light source.  (Data modification functions
24 > *  are passed the source direction as args 2-4.)
25   *      We orient the surface towards the incoming ray, so a single
26   *  surface can be used to represent an infinitely thin object.
27   *
28   *  Arguments for MAT_PFUNC and MAT_MFUNC are:
29 < *      2+      func    funcfile        transform ..
29 > *      2+      func    funcfile        transform
30   *      0
31 < *      4+      red     grn     blu     specularity     args ..
31 > *      4+      red     grn     blu     specularity     A5 ..
32   *
33   *  Arguments for MAT_PDATA and MAT_MDATA are:
34 < *      4+      func    datafile        funcfile        v0 ..   transform ..
34 > *      4+      func    datafile        funcfile        v0 ..   transform
35   *      0
36 < *      4+      red     grn     blu     specularity     args ..
36 > *      4+      red     grn     blu     specularity     A5 ..
37 > *
38 > *  Arguments for MAT_TFUNC are:
39 > *      2+      func    funcfile        transform
40 > *      0
41 > *      4+      red     grn     blu     rspec   trans   tspec   A7 ..
42 > *
43 > *  Arguments for MAT_TDATA are:
44 > *      4+      func    datafile        funcfile        v0 ..   transform
45 > *      0
46 > *      4+      red     grn     blu     rspec   trans   tspec   A7 ..
47 > *
48 > *  Arguments for the more general MAT_BRTDF are:
49 > *      10+     rrefl   grefl   brefl
50 > *              rtrns   gtrns   btrns
51 > *              rbrtd   gbrtd   bbrtd
52 > *              funcfile        transform
53 > *      0
54 > *      9+      rdf     gdf     bdf
55 > *              rdb     gdb     bdb
56 > *              rdt     gdt     bdt     A10 ..
57 > *
58 > *      In addition to the normal variables available to functions,
59 > *  we define the following:
60 > *              NxP, NyP, NzP -         perturbed surface normal
61 > *              RdotP -                 perturbed ray dot product
62 > *              CrP, CgP, CbP -         perturbed material color (or pattern)
63   */
64  
37 #define  BSPEC(m)               (6.0)           /* specular parameter b */
38
65   typedef struct {
66          OBJREC  *mp;            /* material pointer */
67          RAY  *pr;               /* intersected ray */
68 <        DATARRAY  *dp;          /* data array for PDATA or MDATA */
69 <        COLOR  mcolor;          /* color of this material */
70 <        COLOR  scolor;          /* color of specular component */
71 <        double  rspec;          /* specular reflection */
72 <        double  rdiff;          /* diffuse reflection */
68 >        DATARRAY  *dp;          /* data array for PDATA, MDATA or TDATA */
69 >        COLOR  mcolor;          /* material (or pattern) color */
70 >        COLOR  rdiff;           /* diffuse reflection */
71 >        COLOR  tdiff;           /* diffuse transmission */
72 >        double  rspec;          /* specular reflectance (1 for BRDTF) */
73 >        double  trans;          /* transmissivity (.5 for BRDTF) */
74 >        double  tspec;          /* specular transmittance (1 for BRDTF) */
75          FVECT  pnorm;           /* perturbed surface normal */
76          double  pdot;           /* perturbed dot product */
77   }  BRDFDAT;             /* BRDF material data */
78  
79  
80 < dirbrdf(cval, np, ldir, omega)          /* compute source contribution */
81 < COLOR  cval;                    /* returned coefficient */
82 < register BRDFDAT  *np;          /* material data */
83 < FVECT  ldir;                    /* light source direction */
84 < double  omega;                  /* light source size */
80 > static srcdirf_t dirbrdf;
81 > static int setbrdfunc(BRDFDAT  *np);
82 >
83 >
84 > static void
85 > dirbrdf(                /* compute source contribution */
86 >        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
87 >        void  *nnp,             /* material data */
88 >        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
89 >        double  omega                   /* light source size */
90 > )
91   {
92 +        register BRDFDAT *np = nnp;
93          double  ldot;
94          double  dtmp;
95          COLOR  ctmp;
96 <        double  pt[MAXDIM];
96 >        FVECT  ldx;
97 >        static double  vldx[5], pt[MAXDIM];
98 >        register char   **sa;
99          register int    i;
100 + #define lddx (vldx+1)
101  
102          setcolor(cval, 0.0, 0.0, 0.0);
103          
104          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
105  
106 <        if (ldot < 0.0)
106 >        if (ldot <= FTINY && ldot >= -FTINY)
107 >                return;         /* too close to grazing */
108 >
109 >        if (ldot < 0.0 ? np->trans <= FTINY : np->trans >= 1.0-FTINY)
110                  return;         /* wrong side */
111  
112 <        if (np->rdiff > FTINY) {
112 >        if (ldot > 0.0) {
113                  /*
114                   *  Compute and add diffuse reflected component to returned
115                   *  color.  The diffuse reflected component will always be
116                   *  modified by the color of the material.
117                   */
118 <                copycolor(ctmp, np->mcolor);
119 <                dtmp = ldot * omega * np->rdiff / PI;
118 >                copycolor(ctmp, np->rdiff);
119 >                dtmp = ldot * omega / PI;
120                  scalecolor(ctmp, dtmp);
121                  addcolor(cval, ctmp);
122 +        } else {
123 +                /*
124 +                 *  Diffuse transmitted component.
125 +                 */
126 +                copycolor(ctmp, np->tdiff);
127 +                dtmp = -ldot * omega / PI;
128 +                scalecolor(ctmp, dtmp);
129 +                addcolor(cval, ctmp);
130          }
131 <        if (np->rspec > FTINY) {
131 >        if (ldot > 0.0 ? np->rspec <= FTINY : np->tspec <= FTINY)
132 >                return;         /* no specular component */
133 >                                        /* set up function */
134 >        setbrdfunc(np);
135 >        sa = np->mp->oargs.sarg;
136 >        errno = 0;
137 >                                        /* transform light vector */
138 >        multv3(ldx, ldir, funcxf.xfm);
139 >        for (i = 0; i < 3; i++)
140 >                lddx[i] = ldx[i]/funcxf.sca;
141 >        lddx[3] = omega;
142 >                                        /* compute BRTDF */
143 >        if (np->mp->otype == MAT_BRTDF) {
144 >                if (sa[6][0] == '0')            /* special case */
145 >                        colval(ctmp,RED) = 0.0;
146 >                else
147 >                        colval(ctmp,RED) = funvalue(sa[6], 4, lddx);
148 >                if (!strcmp(sa[7],sa[6]))
149 >                        colval(ctmp,GRN) = colval(ctmp,RED);
150 >                else
151 >                        colval(ctmp,GRN) = funvalue(sa[7], 4, lddx);
152 >                if (!strcmp(sa[8],sa[6]))
153 >                        colval(ctmp,BLU) = colval(ctmp,RED);
154 >                else if (!strcmp(sa[8],sa[7]))
155 >                        colval(ctmp,BLU) = colval(ctmp,GRN);
156 >                else
157 >                        colval(ctmp,BLU) = funvalue(sa[8], 4, lddx);
158 >                dtmp = bright(ctmp);
159 >        } else if (np->dp == NULL) {
160 >                dtmp = funvalue(sa[0], 4, lddx);
161 >                setcolor(ctmp, dtmp, dtmp, dtmp);
162 >        } else {
163 >                for (i = 0; i < np->dp->nd; i++)
164 >                        pt[i] = funvalue(sa[3+i], 4, lddx);
165 >                vldx[0] = datavalue(np->dp, pt);
166 >                dtmp = funvalue(sa[0], 5, vldx);
167 >                setcolor(ctmp, dtmp, dtmp, dtmp);
168 >        }
169 >        if (errno == EDOM || errno == ERANGE) {
170 >                objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
171 >                return;
172 >        }
173 >        if (dtmp <= FTINY)
174 >                return;
175 >        if (ldot > 0.0) {
176                  /*
177 <                 *  Compute specular component.
177 >                 *  Compute reflected non-diffuse component.
178                   */
179 <                setfunc(np->mp, np->pr);
180 <                errno = 0;
181 <                if (np->dp == NULL)
182 <                        dtmp = funvalue(np->mp->oargs.sarg[0], 3, ldir);
183 <                else {
184 <                        for (i = 0; i < np->dp->nd; i++)
185 <                                pt[i] = funvalue(np->mp->oargs.sarg[3+i],
186 <                                                3, ldir);
187 <                        dtmp = datavalue(np->dp, pt);
188 <                        dtmp = funvalue(np->mp->oargs.sarg[0], 1, &dtmp);
189 <                }
190 <                if (errno)
191 <                        goto computerr;
192 <                if (dtmp > FTINY) {
100 <                        copycolor(ctmp, np->scolor);
101 <                        dtmp *= ldot * omega;
102 <                        scalecolor(ctmp, dtmp);
103 <                        addcolor(cval, ctmp);
104 <                }
179 >                if ((np->mp->otype == MAT_MFUNC) | (np->mp->otype == MAT_MDATA))
180 >                        multcolor(ctmp, np->mcolor);
181 >                dtmp = ldot * omega * np->rspec;
182 >                scalecolor(ctmp, dtmp);
183 >                addcolor(cval, ctmp);
184 >        } else {
185 >                /*
186 >                 *  Compute transmitted non-diffuse component.
187 >                 */
188 >                if ((np->mp->otype == MAT_TFUNC) | (np->mp->otype == MAT_TDATA))
189 >                        multcolor(ctmp, np->mcolor);
190 >                dtmp = -ldot * omega * np->tspec;
191 >                scalecolor(ctmp, dtmp);
192 >                addcolor(cval, ctmp);
193          }
194 <        return;
107 < computerr:
108 <        objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
109 <        return;
194 > #undef lddx
195   }
196  
197  
198 < m_brdf(m, r)                    /* color a ray which hit a BRDF material */
199 < register OBJREC  *m;
200 < register RAY  *r;
198 > extern int
199 > m_brdf(                 /* color a ray that hit a BRDTfunc material */
200 >        register OBJREC  *m,
201 >        register RAY  *r
202 > )
203   {
204 +        int  hitfront = 1;
205          BRDFDAT  nd;
206 <        double  dtmp;
206 >        RAY  sr;
207 >        double  transtest, transdist;
208 >        int  hasrefl, hastrans;
209          COLOR  ctmp;
210 +        FVECT  vtmp;
211 +        register MFUNC  *mf;
212          register int  i;
213 <
214 <        if (m->oargs.nsargs < 2 || m->oargs.nfargs < 4)
213 >                                                /* check arguments */
214 >        if ((m->oargs.nsargs < 10) | (m->oargs.nfargs < 9))
215                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
124                                                /* easy shadow test */
125        if (r->crtype & SHADOW)
126                return;
216          nd.mp = m;
217          nd.pr = r;
218 <                                                /* load auxiliary files */
219 <        if (m->otype == MAT_PDATA || m->otype == MAT_MDATA) {
220 <                nd.dp = getdata(m->oargs.sarg[1]);
221 <                for (i = 3; i < m->oargs.nsargs; i++)
222 <                        if (m->oargs.sarg[i][0] == '-')
223 <                                break;
224 <                if (i-3 != nd.dp->nd)
225 <                        objerror(m, USER, "dimension error");
226 <                if (!fundefined(m->oargs.sarg[3]))
227 <                        loadfunc(m->oargs.sarg[2]);
228 <        } else {
229 <                nd.dp = NULL;
230 <                if (!fundefined(m->oargs.sarg[0]))
231 <                        loadfunc(m->oargs.sarg[1]);
232 <        }
233 <                                                /* get material color */
145 <        setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
146 <                           m->oargs.farg[1],
147 <                           m->oargs.farg[2]);
148 <                                                /* get roughness */
149 <        if (r->rod < 0.0)
150 <                flipsurface(r);
218 >                                                /* dummy values */
219 >        nd.rspec = nd.tspec = 1.0;
220 >        nd.trans = 0.5;
221 >                                                /* diffuse reflectance */
222 >        if (r->rod > 0.0)
223 >                setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
224 >                                m->oargs.farg[1],
225 >                                m->oargs.farg[2]);
226 >        else
227 >                setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
228 >                                m->oargs.farg[4],
229 >                                m->oargs.farg[5]);
230 >                                                /* diffuse transmittance */
231 >        setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
232 >                        m->oargs.farg[7],
233 >                        m->oargs.farg[8]);
234                                                  /* get modifiers */
235          raytexture(r, m->omod);
236          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
237 <        multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
238 <        r->rt = r->rot;                         /* default ray length */
237 >        if (r->rod < 0.0) {                     /* orient perturbed values */
238 >                nd.pdot = -nd.pdot;
239 >                for (i = 0; i < 3; i++) {
240 >                        nd.pnorm[i] = -nd.pnorm[i];
241 >                        r->pert[i] = -r->pert[i];
242 >                }
243 >                hitfront = 0;
244 >        }
245 >        copycolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* get pattern color */
246 >        multcolor(nd.rdiff, nd.mcolor);         /* modify diffuse values */
247 >        multcolor(nd.tdiff, nd.mcolor);
248 >        hasrefl = bright(nd.rdiff) > FTINY;
249 >        hastrans = bright(nd.tdiff) > FTINY;
250 >                                                /* load cal file */
251 >        nd.dp = NULL;
252 >        mf = getfunc(m, 9, 0x3f, 0);
253 >                                                /* compute transmitted ray */
254 >        setbrdfunc(&nd);
255 >        transtest = 0;
256 >        transdist = r->rot;
257 >        errno = 0;
258 >        setcolor(ctmp, evalue(mf->ep[3]),
259 >                        evalue(mf->ep[4]),
260 >                        evalue(mf->ep[5]));
261 >        if (errno == EDOM || errno == ERANGE)
262 >                objerror(m, WARNING, "compute error");
263 >        else if (rayorigin(&sr, r, TRANS, bright(ctmp)) == 0) {
264 >                if (!(r->crtype & SHADOW) &&
265 >                                DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY) {
266 >                        for (i = 0; i < 3; i++) /* perturb direction */
267 >                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] - .75*r->pert[i];
268 >                        if (normalize(sr.rdir) == 0.0) {
269 >                                objerror(m, WARNING, "illegal perturbation");
270 >                                VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
271 >                        }
272 >                } else {
273 >                        VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
274 >                        transtest = 2;
275 >                }
276 >                rayvalue(&sr);
277 >                multcolor(sr.rcol, ctmp);
278 >                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
279 >                transtest *= bright(sr.rcol);
280 >                transdist = r->rot + sr.rt;
281 >        }
282 >        if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
283 >                return(1);
284 >                                                /* compute reflected ray */
285 >        setbrdfunc(&nd);
286 >        errno = 0;
287 >        setcolor(ctmp, evalue(mf->ep[0]),
288 >                        evalue(mf->ep[1]),
289 >                        evalue(mf->ep[2]));
290 >        if (errno == EDOM || errno == ERANGE)
291 >                objerror(m, WARNING, "compute error");
292 >        else if (rayorigin(&sr, r, REFLECTED, bright(ctmp)) == 0) {
293 >                for (i = 0; i < 3; i++)
294 >                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
295 >                rayvalue(&sr);
296 >                multcolor(sr.rcol, ctmp);
297 >                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
298 >        }
299 >                                                /* compute ambient */
300 >        if (hasrefl) {
301 >                if (!hitfront)
302 >                        flipsurface(r);
303 >                ambient(ctmp, r, nd.pnorm);
304 >                multcolor(ctmp, nd.rdiff);
305 >                addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
306 >                if (!hitfront)
307 >                        flipsurface(r);
308 >        }
309 >        if (hastrans) {                         /* from other side */
310 >                if (hitfront)
311 >                        flipsurface(r);
312 >                vtmp[0] = -nd.pnorm[0];
313 >                vtmp[1] = -nd.pnorm[1];
314 >                vtmp[2] = -nd.pnorm[2];
315 >                ambient(ctmp, r, vtmp);
316 >                multcolor(ctmp, nd.tdiff);
317 >                addcolor(r->rcol, ctmp);
318 >                if (hitfront)
319 >                        flipsurface(r);
320 >        }
321 >        if (hasrefl | hastrans || m->oargs.sarg[6][0] != '0')
322 >                direct(r, dirbrdf, &nd);        /* add direct component */
323 >                                                /* check distance */
324 >        if (transtest > bright(r->rcol))
325 >                r->rt = transdist;
326 >
327 >        return(1);
328 > }
329 >
330 >
331 >
332 > extern int
333 > m_brdf2(                        /* color a ray that hit a BRDF material */
334 >        register OBJREC  *m,
335 >        register RAY  *r
336 > )
337 > {
338 >        BRDFDAT  nd;
339 >        COLOR  ctmp;
340 >        FVECT  vtmp;
341 >        double  dtmp;
342 >                                                /* always a shadow */
343 >        if (r->crtype & SHADOW)
344 >                return(1);
345 >                                                /* check arguments */
346 >        if ((m->oargs.nsargs < (hasdata(m->otype)?4:2)) | (m->oargs.nfargs <
347 >                        ((m->otype==MAT_TFUNC)|(m->otype==MAT_TDATA)?6:4)))
348 >                objerror(m, USER, "bad # arguments");
349 >                                                /* check for back side */
350 >        if (r->rod < 0.0) {
351 >                if (!backvis && m->otype != MAT_TFUNC
352 >                                && m->otype != MAT_TDATA) {
353 >                        raytrans(r);
354 >                        return(1);
355 >                }
356 >                raytexture(r, m->omod);
357 >                flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
358 >        } else
359 >                raytexture(r, m->omod);
360 >
361 >        nd.mp = m;
362 >        nd.pr = r;
363 >                                                /* get material color */
364 >        setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
365 >                        m->oargs.farg[1],
366 >                        m->oargs.farg[2]);
367                                                  /* get specular component */
368          nd.rspec = m->oargs.farg[3];
369 <
370 <        if (nd.rspec > FTINY) {                 /* has specular component */
371 <                                                /* compute specular color */
372 <                if (m->otype == MAT_MFUNC || m->otype == MAT_MDATA)
373 <                        copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
374 <                else
375 <                        setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
376 <                scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
377 <                                                /* improved model */
167 <                dtmp = exp(-BSPEC(m)*nd.pdot);
168 <                for (i = 0; i < 3; i++)
169 <                        colval(nd.scolor,i) += (1.0-colval(nd.scolor,i))*dtmp;
170 <                nd.rspec += (1.0-nd.rspec)*dtmp;
369 >                                                /* compute transmittance */
370 >        if ((m->otype == MAT_TFUNC) | (m->otype == MAT_TDATA)) {
371 >                nd.trans = m->oargs.farg[4]*(1.0 - nd.rspec);
372 >                nd.tspec = nd.trans * m->oargs.farg[5];
373 >                dtmp = nd.trans - nd.tspec;
374 >                setcolor(nd.tdiff, dtmp, dtmp, dtmp);
375 >        } else {
376 >                nd.tspec = nd.trans = 0.0;
377 >                setcolor(nd.tdiff, 0.0, 0.0, 0.0);
378          }
379 <                                                /* diffuse reflection */
380 <        nd.rdiff = 1.0 - nd.rspec;
379 >                                                /* compute reflectance */
380 >        dtmp = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
381 >        setcolor(nd.rdiff, dtmp, dtmp, dtmp);
382 >        nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
383 >        multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
384 >        multcolor(nd.rdiff, nd.mcolor);
385 >        multcolor(nd.tdiff, nd.mcolor);
386 >                                                /* load auxiliary files */
387 >        if (hasdata(m->otype)) {
388 >                nd.dp = getdata(m->oargs.sarg[1]);
389 >                getfunc(m, 2, 0, 0);
390 >        } else {
391 >                nd.dp = NULL;
392 >                getfunc(m, 1, 0, 0);
393 >        }
394                                                  /* compute ambient */
395 <        if (nd.rdiff > FTINY) {
396 <                ambient(ctmp, r);
395 >        if (nd.trans < 1.0-FTINY) {
396 >                ambient(ctmp, r, nd.pnorm);
397 >                scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
398                  multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
399                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
400          }
401 +        if (nd.trans > FTINY) {         /* from other side */
402 +                flipsurface(r);
403 +                vtmp[0] = -nd.pnorm[0];
404 +                vtmp[1] = -nd.pnorm[1];
405 +                vtmp[2] = -nd.pnorm[2];
406 +                ambient(ctmp, r, vtmp);
407 +                scalecolor(ctmp, nd.trans);
408 +                multcolor(ctmp, nd.mcolor);
409 +                addcolor(r->rcol, ctmp);
410 +                flipsurface(r);
411 +        }
412                                                  /* add direct component */
413          direct(r, dirbrdf, &nd);
414 +
415 +        return(1);
416 + }
417 +
418 +
419 + static int
420 + setbrdfunc(                     /* set up brdf function and variables */
421 +        register BRDFDAT  *np
422 + )
423 + {
424 +        FVECT  vec;
425 +
426 +        if (setfunc(np->mp, np->pr) == 0)
427 +                return(0);      /* it's OK, setfunc says we're done */
428 +                                /* else (re)assign special variables */
429 +        multv3(vec, np->pnorm, funcxf.xfm);
430 +        varset("NxP", '=', vec[0]/funcxf.sca);
431 +        varset("NyP", '=', vec[1]/funcxf.sca);
432 +        varset("NzP", '=', vec[2]/funcxf.sca);
433 +        varset("RdotP", '=', np->pdot <= -1.0 ? -1.0 :
434 +                        np->pdot >= 1.0 ? 1.0 : np->pdot);
435 +        varset("CrP", '=', colval(np->mcolor,RED));
436 +        varset("CgP", '=', colval(np->mcolor,GRN));
437 +        varset("CbP", '=', colval(np->mcolor,BLU));
438 +        return(1);
439   }

Diff Legend

Removed lines
+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines