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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 2.10 by greg, Wed Jan 12 16:46:35 1994 UTC

# Line 1 | Line 1
1 < /* Copyright (c) 1990 Regents of the University of California */
1 > /* Copyright (c) 1991 Regents of the University of California */
2  
3   #ifndef lint
4   static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
# Line 14 | Line 14 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
14  
15   #include  "otypes.h"
16  
17 + #include  "func.h"
18 +
19   /*
20   *      Arguments to this material include the color and specularity.
21   *  String arguments include the reflection function and files.
22   *  The BRDF is currently used just for the specular component to light
23   *  sources.  Reflectance values or data coordinates are functions
24 < *  of the direction to the light source.
24 > *  of the direction to the light source.  (Data modification functions
25 > *  are passed the source direction as args 2-4.)
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_PFUNC and MAT_MFUNC are:
30 < *      2+      func    funcfile        transform ..
30 > *      2+      func    funcfile        transform
31   *      0
32 < *      4+      red     grn     blu     specularity     args ..
32 > *      4+      red     grn     blu     specularity     A5 ..
33   *
34   *  Arguments for MAT_PDATA and MAT_MDATA are:
35 < *      4+      func    datafile        funcfile        v0 ..   transform ..
35 > *      4+      func    datafile        funcfile        v0 ..   transform
36   *      0
37 < *      4+      red     grn     blu     specularity     args ..
37 > *      4+      red     grn     blu     specularity     A5 ..
38 > *
39 > *  Arguments for MAT_TFUNC are:
40 > *      2+      func    funcfile        transform
41 > *      0
42 > *      4+      red     grn     blu     rspec   trans   tspec   A7 ..
43 > *
44 > *  Arguments for MAT_TDATA are:
45 > *      4+      func    datafile        funcfile        v0 ..   transform
46 > *      0
47 > *      4+      red     grn     blu     rspec   trans   tspec   A7 ..
48 > *
49 > *  Arguments for the more general MAT_BRTDF are:
50 > *      10+     rrefl   grefl   brefl
51 > *              rtrns   gtrns   btrns
52 > *              rbrtd   gbrtd   bbrtd
53 > *              funcfile        transform
54 > *      0
55 > *      9+      rdf     gdf     bdf
56 > *              rdb     gdb     bdb
57 > *              rdt     gdt     bdt     A10 ..
58 > *
59 > *      In addition to the normal variables available to functions,
60 > *  we define the following:
61 > *              NxP, NyP, NzP -         perturbed surface normal
62 > *              RdotP -                 perturbed ray dot product
63 > *              CrP, CgP, CbP -         perturbed material color (or pattern)
64   */
65  
37 #define  BSPEC(m)               (6.0)           /* specular parameter b */
38
66   typedef struct {
67          OBJREC  *mp;            /* material pointer */
68          RAY  *pr;               /* intersected ray */
69 <        DATARRAY  *dp;          /* data array for PDATA or MDATA */
70 <        COLOR  mcolor;          /* color of this material */
71 <        COLOR  scolor;          /* color of specular component */
72 <        double  rspec;          /* specular reflection */
73 <        double  rdiff;          /* diffuse reflection */
69 >        DATARRAY  *dp;          /* data array for PDATA, MDATA or TDATA */
70 >        COLOR  mcolor;          /* material (or pattern) color */
71 >        COLOR  rdiff;           /* diffuse reflection */
72 >        COLOR  tdiff;           /* diffuse transmission */
73 >        double  rspec;          /* specular reflectance (1 for BRDTF) */
74 >        double  trans;          /* transmissivity (.5 for BRDTF) */
75 >        double  tspec;          /* specular transmittance (1 for BRDTF) */
76          FVECT  pnorm;           /* perturbed surface normal */
77          double  pdot;           /* perturbed dot product */
78   }  BRDFDAT;             /* BRDF material data */
# Line 58 | Line 87 | double  omega;                 /* light source size */
87          double  ldot;
88          double  dtmp;
89          COLOR  ctmp;
90 <        double  pt[MAXDIM];
90 >        FVECT  ldx;
91 >        double  lddx[3], pt[MAXDIM];
92 >        double  vldx[4];
93 >        register char   **sa;
94          register int    i;
95  
96          setcolor(cval, 0.0, 0.0, 0.0);
97          
98          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
99  
100 <        if (ldot < 0.0)
100 >        if (ldot <= FTINY && ldot >= -FTINY)
101 >                return;         /* too close to grazing */
102 >
103 >        if (ldot < 0.0 ? np->trans <= FTINY : np->trans >= 1.0-FTINY)
104                  return;         /* wrong side */
105  
106 <        if (np->rdiff > FTINY) {
106 >        if (ldot > 0.0) {
107                  /*
108                   *  Compute and add diffuse reflected component to returned
109                   *  color.  The diffuse reflected component will always be
110                   *  modified by the color of the material.
111                   */
112 <                copycolor(ctmp, np->mcolor);
113 <                dtmp = ldot * omega * np->rdiff / PI;
112 >                copycolor(ctmp, np->rdiff);
113 >                dtmp = ldot * omega / PI;
114                  scalecolor(ctmp, dtmp);
115                  addcolor(cval, ctmp);
116 +        } else {
117 +                /*
118 +                 *  Diffuse transmitted component.
119 +                 */
120 +                copycolor(ctmp, np->tdiff);
121 +                dtmp = -ldot * omega / PI;
122 +                scalecolor(ctmp, dtmp);
123 +                addcolor(cval, ctmp);
124          }
125 <        if (np->rspec > FTINY) {
125 >        if (ldot > 0.0 ? np->rspec <= FTINY : np->tspec <= FTINY)
126 >                return;         /* no specular component */
127 >                                        /* set up function */
128 >        setbrdfunc(np);
129 >        sa = np->mp->oargs.sarg;
130 >        errno = 0;
131 >                                        /* transform light vector */
132 >        multv3(ldx, ldir, funcxf.xfm);
133 >        for (i = 0; i < 3; i++)
134 >                lddx[i] = ldx[i]/funcxf.sca;
135 >                                        /* compute BRTDF */
136 >        if (np->mp->otype == MAT_BRTDF) {
137 >                if (sa[6][0] == '0')            /* special case */
138 >                        colval(ctmp,RED) = 0.0;
139 >                else
140 >                        colval(ctmp,RED) = funvalue(sa[6], 3, lddx);
141 >                if (!strcmp(sa[7],sa[6]))
142 >                        colval(ctmp,GRN) = colval(ctmp,RED);
143 >                else
144 >                        colval(ctmp,GRN) = funvalue(sa[7], 3, lddx);
145 >                if (!strcmp(sa[8],sa[6]))
146 >                        colval(ctmp,BLU) = colval(ctmp,RED);
147 >                else if (!strcmp(sa[8],sa[7]))
148 >                        colval(ctmp,BLU) = colval(ctmp,GRN);
149 >                else
150 >                        colval(ctmp,BLU) = funvalue(sa[8], 3, lddx);
151 >                dtmp = bright(ctmp);
152 >        } else if (np->dp == NULL) {
153 >                dtmp = funvalue(sa[0], 3, lddx);
154 >                setcolor(ctmp, dtmp, dtmp, dtmp);
155 >        } else {
156 >                for (i = 0; i < np->dp->nd; i++)
157 >                        pt[i] = funvalue(sa[3+i], 3, lddx);
158 >                vldx[0] = datavalue(np->dp, pt);
159 >                vldx[1] = lddx[0]; vldx[2] = lddx[1]; vldx[3] = lddx[2];
160 >                dtmp = funvalue(sa[0], 4, vldx);
161 >                setcolor(ctmp, dtmp, dtmp, dtmp);
162 >        }
163 >        if (errno) {
164 >                objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
165 >                return;
166 >        }
167 >        if (dtmp <= FTINY)
168 >                return;
169 >        if (ldot > 0.0) {
170                  /*
171 <                 *  Compute specular component.
171 >                 *  Compute reflected non-diffuse component.
172                   */
173 <                setfunc(np->mp, np->pr);
174 <                errno = 0;
175 <                if (np->dp == NULL)
176 <                        dtmp = funvalue(np->mp->oargs.sarg[0], 3, ldir);
177 <                else {
178 <                        for (i = 0; i < np->dp->nd; i++)
179 <                                pt[i] = funvalue(np->mp->oargs.sarg[3+i],
180 <                                                3, ldir);
181 <                        dtmp = datavalue(np->dp, pt);
182 <                        dtmp = funvalue(np->mp->oargs.sarg[0], 1, &dtmp);
183 <                }
184 <                if (errno)
185 <                        goto computerr;
186 <                if (dtmp > FTINY) {
100 <                        copycolor(ctmp, np->scolor);
101 <                        dtmp *= ldot * omega;
102 <                        scalecolor(ctmp, dtmp);
103 <                        addcolor(cval, ctmp);
104 <                }
173 >                if (np->mp->otype == MAT_MFUNC | np->mp->otype == MAT_MDATA)
174 >                        multcolor(ctmp, np->mcolor);
175 >                dtmp = ldot * omega * np->rspec;
176 >                scalecolor(ctmp, dtmp);
177 >                addcolor(cval, ctmp);
178 >        } else {
179 >                /*
180 >                 *  Compute transmitted non-diffuse component.
181 >                 */
182 >                if (np->mp->otype == MAT_TFUNC | np->mp->otype == MAT_TDATA)
183 >                        multcolor(ctmp, np->mcolor);
184 >                dtmp = -ldot * omega * np->tspec;
185 >                scalecolor(ctmp, dtmp);
186 >                addcolor(cval, ctmp);
187          }
106        return;
107 computerr:
108        objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
109        return;
188   }
189  
190  
191 < m_brdf(m, r)                    /* color a ray which hit a BRDF material */
191 > m_brdf(m, r)                    /* color a ray which hit a BRDTF material */
192   register OBJREC  *m;
193   register RAY  *r;
194   {
195          BRDFDAT  nd;
196 <        double  dtmp;
196 >        RAY  sr;
197 >        double  transtest, transdist;
198 >        int  hasrefl, hastrans;
199          COLOR  ctmp;
200 +        register MFUNC  *mf;
201          register int  i;
202 <
203 <        if (m->oargs.nsargs < 2 || m->oargs.nfargs < 4)
202 >                                                /* check arguments */
203 >        if (m->oargs.nsargs < 10 | m->oargs.nfargs < 9)
204                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
124                                                /* easy shadow test */
125        if (r->crtype & SHADOW)
126                return;
205          nd.mp = m;
206          nd.pr = r;
207 <                                                /* load auxiliary files */
208 <        if (m->otype == MAT_PDATA || m->otype == MAT_MDATA) {
209 <                nd.dp = getdata(m->oargs.sarg[1]);
210 <                for (i = 3; i < m->oargs.nsargs; i++)
211 <                        if (m->oargs.sarg[i][0] == '-')
212 <                                break;
213 <                if (i-3 != nd.dp->nd)
214 <                        objerror(m, USER, "dimension error");
215 <                if (!fundefined(m->oargs.sarg[3]))
216 <                        loadfunc(m->oargs.sarg[2]);
217 <        } else {
218 <                nd.dp = NULL;
219 <                if (!fundefined(m->oargs.sarg[0]))
220 <                        loadfunc(m->oargs.sarg[1]);
207 >                                                /* dummy values */
208 >        nd.rspec = nd.tspec = 1.0;
209 >        nd.trans = 0.5;
210 >                                                /* diffuse reflectance */
211 >        if (r->rod > 0.0)
212 >                setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
213 >                                m->oargs.farg[1],
214 >                                m->oargs.farg[2]);
215 >        else
216 >                setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
217 >                                m->oargs.farg[4],
218 >                                m->oargs.farg[5]);
219 >                                                /* diffuse transmittance */
220 >        setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
221 >                        m->oargs.farg[7],
222 >                        m->oargs.farg[8]);
223 >                                        /* get modifiers */
224 >        raytexture(r, m->omod);
225 >        nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
226 >        if (r->rod < 0.0) {                     /* orient perturbed values */
227 >                nd.pdot = -nd.pdot;
228 >                for (i = 0; i < 3; i++) {
229 >                        nd.pnorm[i] = -nd.pnorm[i];
230 >                        r->pert[i] = -r->pert[i];
231 >                }
232          }
233 +        copycolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* get pattern color */
234 +        multcolor(nd.rdiff, nd.mcolor);         /* modify diffuse values */
235 +        multcolor(nd.tdiff, nd.mcolor);
236 +        hasrefl = bright(nd.rdiff) > FTINY;
237 +        hastrans = bright(nd.tdiff) > FTINY;
238 +                                                /* load cal file */
239 +        nd.dp = NULL;
240 +        mf = getfunc(m, 9, 0x3f, 0);
241 +                                                /* compute transmitted ray */
242 +        setbrdfunc(&nd);
243 +        transtest = 0;
244 +        transdist = r->rot;
245 +        errno = 0;
246 +        setcolor(ctmp, evalue(mf->ep[3]),
247 +                        evalue(mf->ep[4]),
248 +                        evalue(mf->ep[5]));
249 +        if (errno)
250 +                objerror(m, WARNING, "compute error");
251 +        else if (rayorigin(&sr, r, TRANS, bright(ctmp)) == 0) {
252 +                if (!(r->crtype & SHADOW) &&
253 +                                DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY) {
254 +                        for (i = 0; i < 3; i++) /* perturb direction */
255 +                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] - .75*r->pert[i];
256 +                        if (normalize(sr.rdir) == 0.0) {
257 +                                objerror(m, WARNING, "illegal perturbation");
258 +                                VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
259 +                        }
260 +                } else {
261 +                        VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
262 +                        transtest = 2;
263 +                }
264 +                rayvalue(&sr);
265 +                multcolor(sr.rcol, ctmp);
266 +                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
267 +                transtest *= bright(sr.rcol);
268 +                transdist = r->rot + sr.rt;
269 +        }
270 +        if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
271 +                return(1);
272 +                                                /* compute reflected ray */
273 +        setbrdfunc(&nd);
274 +        errno = 0;
275 +        setcolor(ctmp, evalue(mf->ep[0]),
276 +                        evalue(mf->ep[1]),
277 +                        evalue(mf->ep[2]));
278 +        if (errno)
279 +                objerror(m, WARNING, "compute error");
280 +        else if (rayorigin(&sr, r, REFLECTED, bright(ctmp)) == 0) {
281 +                for (i = 0; i < 3; i++)
282 +                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
283 +                rayvalue(&sr);
284 +                multcolor(sr.rcol, ctmp);
285 +                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
286 +        }
287 +                                                /* compute ambient */
288 +        if (hasrefl) {
289 +                if (nd.pdot < 0.0)
290 +                        flipsurface(r);
291 +                ambient(ctmp, r);
292 +                multcolor(ctmp, nd.rdiff);
293 +                addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
294 +                if (nd.pdot < 0.0)
295 +                        flipsurface(r);
296 +        }
297 +        if (hastrans) {                         /* from other side */
298 +                if (nd.pdot > 0.0)
299 +                        flipsurface(r);
300 +                ambient(ctmp, r);
301 +                multcolor(ctmp, nd.tdiff);
302 +                addcolor(r->rcol, ctmp);
303 +                if (nd.pdot > 0.0)
304 +                        flipsurface(r);
305 +        }
306 +        if (hasrefl | hastrans || m->oargs.sarg[6][0] != '0')
307 +                direct(r, dirbrdf, &nd);        /* add direct component */
308 +                                                /* check distance */
309 +        if (transtest > bright(r->rcol))
310 +                r->rt = transdist;
311 +
312 +        return(1);
313 + }
314 +
315 +
316 +
317 + m_brdf2(m, r)                   /* color a ray which hit a BRDF material */
318 + register OBJREC  *m;
319 + register RAY  *r;
320 + {
321 +        BRDFDAT  nd;
322 +        COLOR  ctmp;
323 +        double  dtmp;
324 +                                                /* always a shadow */
325 +        if (r->crtype & SHADOW)
326 +                return(1);
327 +                                                /* check arguments */
328 +        if (m->oargs.nsargs < (hasdata(m->otype)?4:2) | m->oargs.nfargs <
329 +                        (m->otype==MAT_TFUNC|m->otype==MAT_TDATA?6:4))
330 +                objerror(m, USER, "bad # arguments");
331 +        nd.mp = m;
332 +        nd.pr = r;
333                                                  /* get material color */
334          setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
335 <                           m->oargs.farg[1],
336 <                           m->oargs.farg[2]);
337 <                                                /* get roughness */
335 >                        m->oargs.farg[1],
336 >                        m->oargs.farg[2]);
337 >                                                /* get specular component */
338 >        nd.rspec = m->oargs.farg[3];
339 >                                                /* compute transmittance */
340 >        if (m->otype == MAT_TFUNC | m->otype == MAT_TDATA) {
341 >                nd.trans = m->oargs.farg[4]*(1.0 - nd.rspec);
342 >                nd.tspec = nd.trans * m->oargs.farg[5];
343 >                dtmp = nd.trans - nd.tspec;
344 >                setcolor(nd.tdiff, dtmp, dtmp, dtmp);
345 >        } else {
346 >                nd.tspec = nd.trans = 0.0;
347 >                setcolor(nd.tdiff, 0.0, 0.0, 0.0);
348 >        }
349 >                                                /* compute reflectance */
350 >        dtmp = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
351 >        setcolor(nd.rdiff, dtmp, dtmp, dtmp);
352 >                                                /* fix orientation */
353          if (r->rod < 0.0)
354                  flipsurface(r);
355                                                  /* get modifiers */
356          raytexture(r, m->omod);
357          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
358          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
359 <        r->rt = r->rot;                         /* default ray length */
360 <                                                /* get specular component */
361 <        nd.rspec = m->oargs.farg[3];
362 <
363 <        if (nd.rspec > FTINY) {                 /* has specular component */
364 <                                                /* compute specular color */
365 <                if (m->otype == MAT_MFUNC || m->otype == MAT_MDATA)
366 <                        copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
367 <                else
164 <                        setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
165 <                scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
166 <                                                /* 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;
359 >        multcolor(nd.rdiff, nd.mcolor);
360 >        multcolor(nd.tdiff, nd.mcolor);
361 >                                                /* load auxiliary files */
362 >        if (hasdata(m->otype)) {
363 >                nd.dp = getdata(m->oargs.sarg[1]);
364 >                getfunc(m, 2, 0, 0);
365 >        } else {
366 >                nd.dp = NULL;
367 >                getfunc(m, 1, 0, 0);
368          }
172                                                /* diffuse reflection */
173        nd.rdiff = 1.0 - nd.rspec;
369                                                  /* compute ambient */
370 <        if (nd.rdiff > FTINY) {
370 >        if (nd.trans < 1.0-FTINY) {
371                  ambient(ctmp, r);
372 +                scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
373                  multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
374                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
375          }
376 +        if (nd.trans > FTINY) {         /* from other side */
377 +                flipsurface(r);
378 +                ambient(ctmp, r);
379 +                scalecolor(ctmp, nd.trans);
380 +                multcolor(ctmp, nd.mcolor);
381 +                addcolor(r->rcol, ctmp);
382 +                flipsurface(r);
383 +        }
384                                                  /* add direct component */
385          direct(r, dirbrdf, &nd);
386 +
387 +        return(1);
388 + }
389 +
390 +
391 + setbrdfunc(np)                  /* set up brdf function and variables */
392 + register BRDFDAT  *np;
393 + {
394 +        FVECT  vec;
395 +
396 +        if (setfunc(np->mp, np->pr) == 0)
397 +                return(0);      /* it's OK, setfunc says we're done */
398 +                                /* else (re)assign special variables */
399 +        multv3(vec, np->pnorm, funcxf.xfm);
400 +        varset("NxP", '=', vec[0]/funcxf.sca);
401 +        varset("NyP", '=', vec[1]/funcxf.sca);
402 +        varset("NzP", '=', vec[2]/funcxf.sca);
403 +        varset("RdotP", '=', np->pdot <= -1.0 ? -1.0 :
404 +                        np->pdot >= 1.0 ? 1.0 : np->pdot);
405 +        varset("CrP", '=', colval(np->mcolor,RED));
406 +        varset("CgP", '=', colval(np->mcolor,GRN));
407 +        varset("CbP", '=', colval(np->mcolor,BLU));
408 +        return(1);
409   }

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