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

Comparing ray/src/rt/m_brdf.c (file contents):
Revision 1.4 by greg, Sat Dec 15 15:03:44 1990 UTC vs.
Revision 2.14 by greg, Wed Nov 22 09:27:53 1995 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 + extern int  backvis;                    /* back faces visible? */
20 +
21   /*
22   *      Arguments to this material include the color and specularity.
23   *  String arguments include the reflection function and files.
24   *  The BRDF is currently used just for the specular component to light
25   *  sources.  Reflectance values or data coordinates are functions
26 < *  of the direction to the light source.
26 > *  of the direction to the light source.  (Data modification functions
27 > *  are passed the source direction as args 2-4.)
28   *      We orient the surface towards the incoming ray, so a single
29   *  surface can be used to represent an infinitely thin object.
30   *
# Line 32 | Line 37 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
37   *      4+      func    datafile        funcfile        v0 ..   transform
38   *      0
39   *      4+      red     grn     blu     specularity     A5 ..
40 + *
41 + *  Arguments for MAT_TFUNC are:
42 + *      2+      func    funcfile        transform
43 + *      0
44 + *      4+      red     grn     blu     rspec   trans   tspec   A7 ..
45 + *
46 + *  Arguments for MAT_TDATA are:
47 + *      4+      func    datafile        funcfile        v0 ..   transform
48 + *      0
49 + *      4+      red     grn     blu     rspec   trans   tspec   A7 ..
50 + *
51 + *  Arguments for the more general MAT_BRTDF are:
52 + *      10+     rrefl   grefl   brefl
53 + *              rtrns   gtrns   btrns
54 + *              rbrtd   gbrtd   bbrtd
55 + *              funcfile        transform
56 + *      0
57 + *      9+      rdf     gdf     bdf
58 + *              rdb     gdb     bdb
59 + *              rdt     gdt     bdt     A10 ..
60 + *
61 + *      In addition to the normal variables available to functions,
62 + *  we define the following:
63 + *              NxP, NyP, NzP -         perturbed surface normal
64 + *              RdotP -                 perturbed ray dot product
65 + *              CrP, CgP, CbP -         perturbed material color (or pattern)
66   */
67  
37 extern double   funvalue(), varvalue();
38
68   typedef struct {
69          OBJREC  *mp;            /* material pointer */
70          RAY  *pr;               /* intersected ray */
71 <        DATARRAY  *dp;          /* data array for PDATA or MDATA */
72 <        COLOR  mcolor;          /* color of this material */
73 <        COLOR  scolor;          /* color of specular component */
74 <        double  rspec;          /* specular reflection */
75 <        double  rdiff;          /* diffuse reflection */
71 >        DATARRAY  *dp;          /* data array for PDATA, MDATA or TDATA */
72 >        COLOR  mcolor;          /* material (or pattern) color */
73 >        COLOR  rdiff;           /* diffuse reflection */
74 >        COLOR  tdiff;           /* diffuse transmission */
75 >        double  rspec;          /* specular reflectance (1 for BRDTF) */
76 >        double  trans;          /* transmissivity (.5 for BRDTF) */
77 >        double  tspec;          /* specular transmittance (1 for BRDTF) */
78          FVECT  pnorm;           /* perturbed surface normal */
79          double  pdot;           /* perturbed dot product */
80   }  BRDFDAT;             /* BRDF material data */
# Line 55 | Line 86 | register BRDFDAT  *np;         /* material data */
86   FVECT  ldir;                    /* light source direction */
87   double  omega;                  /* light source size */
88   {
58        extern XF  funcxf;
89          double  ldot;
90          double  dtmp;
91          COLOR  ctmp;
92          FVECT  ldx;
93 <        double  pt[MAXDIM];
93 >        static double  vldx[5], pt[MAXDIM];
94 >        register char   **sa;
95          register int    i;
96 + #define lddx (vldx+1)
97  
98          setcolor(cval, 0.0, 0.0, 0.0);
99          
100          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
101  
102 <        if (ldot < 0.0)
102 >        if (ldot <= FTINY && ldot >= -FTINY)
103 >                return;         /* too close to grazing */
104 >
105 >        if (ldot < 0.0 ? np->trans <= FTINY : np->trans >= 1.0-FTINY)
106                  return;         /* wrong side */
107  
108 <        if (np->rdiff > FTINY) {
108 >        if (ldot > 0.0) {
109                  /*
110                   *  Compute and add diffuse reflected component to returned
111                   *  color.  The diffuse reflected component will always be
112                   *  modified by the color of the material.
113                   */
114 <                copycolor(ctmp, np->mcolor);
115 <                dtmp = ldot * omega * np->rdiff / PI;
114 >                copycolor(ctmp, np->rdiff);
115 >                dtmp = ldot * omega / PI;
116                  scalecolor(ctmp, dtmp);
117                  addcolor(cval, ctmp);
118 +        } else {
119 +                /*
120 +                 *  Diffuse transmitted component.
121 +                 */
122 +                copycolor(ctmp, np->tdiff);
123 +                dtmp = -ldot * omega / PI;
124 +                scalecolor(ctmp, dtmp);
125 +                addcolor(cval, ctmp);
126          }
127 <        if (np->rspec > FTINY) {
127 >        if (ldot > 0.0 ? np->rspec <= FTINY : np->tspec <= FTINY)
128 >                return;         /* no specular component */
129 >                                        /* set up function */
130 >        setbrdfunc(np);
131 >        sa = np->mp->oargs.sarg;
132 >        errno = 0;
133 >                                        /* transform light vector */
134 >        multv3(ldx, ldir, funcxf.xfm);
135 >        for (i = 0; i < 3; i++)
136 >                lddx[i] = ldx[i]/funcxf.sca;
137 >        lddx[3] = omega;
138 >                                        /* compute BRTDF */
139 >        if (np->mp->otype == MAT_BRTDF) {
140 >                if (sa[6][0] == '0')            /* special case */
141 >                        colval(ctmp,RED) = 0.0;
142 >                else
143 >                        colval(ctmp,RED) = funvalue(sa[6], 4, lddx);
144 >                if (!strcmp(sa[7],sa[6]))
145 >                        colval(ctmp,GRN) = colval(ctmp,RED);
146 >                else
147 >                        colval(ctmp,GRN) = funvalue(sa[7], 4, lddx);
148 >                if (!strcmp(sa[8],sa[6]))
149 >                        colval(ctmp,BLU) = colval(ctmp,RED);
150 >                else if (!strcmp(sa[8],sa[7]))
151 >                        colval(ctmp,BLU) = colval(ctmp,GRN);
152 >                else
153 >                        colval(ctmp,BLU) = funvalue(sa[8], 4, lddx);
154 >                dtmp = bright(ctmp);
155 >        } else if (np->dp == NULL) {
156 >                dtmp = funvalue(sa[0], 4, lddx);
157 >                setcolor(ctmp, dtmp, dtmp, dtmp);
158 >        } else {
159 >                for (i = 0; i < np->dp->nd; i++)
160 >                        pt[i] = funvalue(sa[3+i], 4, lddx);
161 >                vldx[0] = datavalue(np->dp, pt);
162 >                dtmp = funvalue(sa[0], 5, vldx);
163 >                setcolor(ctmp, dtmp, dtmp, dtmp);
164 >        }
165 >        if (errno) {
166 >                objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
167 >                return;
168 >        }
169 >        if (dtmp <= FTINY)
170 >                return;
171 >        if (ldot > 0.0) {
172                  /*
173 <                 *  Compute specular component.
173 >                 *  Compute reflected non-diffuse component.
174                   */
175 <                setfunc(np->mp, np->pr);
176 <                                                /* transform light vector */
177 <                multv3(ldx, ldir, funcxf.xfm);
178 <                for (i = 0; i < 3; i++)
179 <                        ldx[i] /= funcxf.sca;
180 <                                                /* evaluate BRDF */
181 <                errno = 0;
182 <                if (np->dp == NULL)
183 <                        dtmp = funvalue(np->mp->oargs.sarg[0], 3, ldx);
184 <                else {
185 <                        for (i = 0; i < np->dp->nd; i++)
186 <                                pt[i] = funvalue(np->mp->oargs.sarg[3+i],
187 <                                                3, ldx);
188 <                        dtmp = datavalue(np->dp, pt);
102 <                        dtmp = funvalue(np->mp->oargs.sarg[0], 1, &dtmp);
103 <                }
104 <                if (errno)
105 <                        goto computerr;
106 <                if (dtmp > FTINY) {
107 <                        copycolor(ctmp, np->scolor);
108 <                        dtmp *= ldot * omega;
109 <                        scalecolor(ctmp, dtmp);
110 <                        addcolor(cval, ctmp);
111 <                }
175 >                if (np->mp->otype == MAT_MFUNC | np->mp->otype == MAT_MDATA)
176 >                        multcolor(ctmp, np->mcolor);
177 >                dtmp = ldot * omega * np->rspec;
178 >                scalecolor(ctmp, dtmp);
179 >                addcolor(cval, ctmp);
180 >        } else {
181 >                /*
182 >                 *  Compute transmitted non-diffuse component.
183 >                 */
184 >                if (np->mp->otype == MAT_TFUNC | np->mp->otype == MAT_TDATA)
185 >                        multcolor(ctmp, np->mcolor);
186 >                dtmp = -ldot * omega * np->tspec;
187 >                scalecolor(ctmp, dtmp);
188 >                addcolor(cval, ctmp);
189          }
190 <        return;
114 < computerr:
115 <        objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
116 <        return;
190 > #undef lddx
191   }
192  
193  
194 < m_brdf(m, r)                    /* color a ray which hit a BRDF material */
194 > m_brdf(m, r)                    /* color a ray which hit a BRDTfunc material */
195   register OBJREC  *m;
196   register RAY  *r;
197   {
198          BRDFDAT  nd;
199 +        RAY  sr;
200 +        double  transtest, transdist;
201 +        int  hasrefl, hastrans;
202          COLOR  ctmp;
203 +        FVECT  vtmp;
204 +        register MFUNC  *mf;
205          register int  i;
206 <
207 <        if (m->oargs.nsargs < 2 || m->oargs.nfargs < 4)
206 >                                                /* check arguments */
207 >        if (m->oargs.nsargs < 10 | m->oargs.nfargs < 9)
208                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
130                                                /* easy shadow test */
131        if (r->crtype & SHADOW)
132                return;
209          nd.mp = m;
210          nd.pr = r;
211 <                                                /* load auxiliary files */
212 <        if (m->otype == MAT_PDATA || m->otype == MAT_MDATA) {
213 <                nd.dp = getdata(m->oargs.sarg[1]);
214 <                for (i = 3; i < m->oargs.nsargs; i++)
215 <                        if (m->oargs.sarg[i][0] == '-')
216 <                                break;
217 <                if (i-3 != nd.dp->nd)
218 <                        objerror(m, USER, "dimension error");
219 <                if (!fundefined(m->oargs.sarg[3]))
220 <                        loadfunc(m->oargs.sarg[2]);
221 <        } else {
222 <                nd.dp = NULL;
223 <                if (!fundefined(m->oargs.sarg[0]))
224 <                        loadfunc(m->oargs.sarg[1]);
211 >                                                /* dummy values */
212 >        nd.rspec = nd.tspec = 1.0;
213 >        nd.trans = 0.5;
214 >                                                /* diffuse reflectance */
215 >        if (r->rod > 0.0)
216 >                setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
217 >                                m->oargs.farg[1],
218 >                                m->oargs.farg[2]);
219 >        else
220 >                setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
221 >                                m->oargs.farg[4],
222 >                                m->oargs.farg[5]);
223 >                                                /* diffuse transmittance */
224 >        setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
225 >                        m->oargs.farg[7],
226 >                        m->oargs.farg[8]);
227 >                                        /* get modifiers */
228 >        raytexture(r, m->omod);
229 >        nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
230 >        if (r->rod < 0.0) {                     /* orient perturbed values */
231 >                nd.pdot = -nd.pdot;
232 >                for (i = 0; i < 3; i++) {
233 >                        nd.pnorm[i] = -nd.pnorm[i];
234 >                        r->pert[i] = -r->pert[i];
235 >                }
236          }
237 +        copycolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* get pattern color */
238 +        multcolor(nd.rdiff, nd.mcolor);         /* modify diffuse values */
239 +        multcolor(nd.tdiff, nd.mcolor);
240 +        hasrefl = bright(nd.rdiff) > FTINY;
241 +        hastrans = bright(nd.tdiff) > FTINY;
242 +                                                /* load cal file */
243 +        nd.dp = NULL;
244 +        mf = getfunc(m, 9, 0x3f, 0);
245 +                                                /* compute transmitted ray */
246 +        setbrdfunc(&nd);
247 +        transtest = 0;
248 +        transdist = r->rot;
249 +        errno = 0;
250 +        setcolor(ctmp, evalue(mf->ep[3]),
251 +                        evalue(mf->ep[4]),
252 +                        evalue(mf->ep[5]));
253 +        if (errno)
254 +                objerror(m, WARNING, "compute error");
255 +        else if (rayorigin(&sr, r, TRANS, bright(ctmp)) == 0) {
256 +                if (!(r->crtype & SHADOW) &&
257 +                                DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY) {
258 +                        for (i = 0; i < 3; i++) /* perturb direction */
259 +                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] - .75*r->pert[i];
260 +                        if (normalize(sr.rdir) == 0.0) {
261 +                                objerror(m, WARNING, "illegal perturbation");
262 +                                VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
263 +                        }
264 +                } else {
265 +                        VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
266 +                        transtest = 2;
267 +                }
268 +                rayvalue(&sr);
269 +                multcolor(sr.rcol, ctmp);
270 +                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
271 +                transtest *= bright(sr.rcol);
272 +                transdist = r->rot + sr.rt;
273 +        }
274 +        if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
275 +                return(1);
276 +                                                /* compute reflected ray */
277 +        setbrdfunc(&nd);
278 +        errno = 0;
279 +        setcolor(ctmp, evalue(mf->ep[0]),
280 +                        evalue(mf->ep[1]),
281 +                        evalue(mf->ep[2]));
282 +        if (errno)
283 +                objerror(m, WARNING, "compute error");
284 +        else if (rayorigin(&sr, r, REFLECTED, bright(ctmp)) == 0) {
285 +                for (i = 0; i < 3; i++)
286 +                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
287 +                rayvalue(&sr);
288 +                multcolor(sr.rcol, ctmp);
289 +                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
290 +        }
291 +                                                /* compute ambient */
292 +        if (hasrefl) {
293 +                if (nd.pdot < 0.0) {
294 +                        flipsurface(r);
295 +                        vtmp[0] = -nd.pnorm[0];
296 +                        vtmp[1] = -nd.pnorm[1];
297 +                        vtmp[2] = -nd.pnorm[2];
298 +                } else
299 +                        VCOPY(vtmp, nd.pnorm);
300 +                ambient(ctmp, r, vtmp);
301 +                multcolor(ctmp, nd.rdiff);
302 +                addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
303 +                if (nd.pdot < 0.0)
304 +                        flipsurface(r);
305 +        }
306 +        if (hastrans) {                         /* from other side */
307 +                if (nd.pdot > 0.0) {
308 +                        flipsurface(r);
309 +                        vtmp[0] = -nd.pnorm[0];
310 +                        vtmp[1] = -nd.pnorm[1];
311 +                        vtmp[2] = -nd.pnorm[2];
312 +                } else
313 +                        VCOPY(vtmp, nd.pnorm);
314 +                ambient(ctmp, r, vtmp);
315 +                multcolor(ctmp, nd.tdiff);
316 +                addcolor(r->rcol, ctmp);
317 +                if (nd.pdot > 0.0)
318 +                        flipsurface(r);
319 +        }
320 +        if (hasrefl | hastrans || m->oargs.sarg[6][0] != '0')
321 +                direct(r, dirbrdf, &nd);        /* add direct component */
322 +                                                /* check distance */
323 +        if (transtest > bright(r->rcol))
324 +                r->rt = transdist;
325 +
326 +        return(1);
327 + }
328 +
329 +
330 +
331 + m_brdf2(m, r)                   /* color a ray which hit a BRDF material */
332 + register OBJREC  *m;
333 + register RAY  *r;
334 + {
335 +        BRDFDAT  nd;
336 +        COLOR  ctmp;
337 +        FVECT  vtmp;
338 +        double  dtmp;
339 +                                                /* always a shadow */
340 +        if (r->crtype & SHADOW)
341 +                return(1);
342 +                                                /* check arguments */
343 +        if (m->oargs.nsargs < (hasdata(m->otype)?4:2) | m->oargs.nfargs <
344 +                        (m->otype==MAT_TFUNC|m->otype==MAT_TDATA?6:4))
345 +                objerror(m, USER, "bad # arguments");
346 +        nd.mp = m;
347 +        nd.pr = r;
348                                                  /* get material color */
349          setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
350 <                           m->oargs.farg[1],
351 <                           m->oargs.farg[2]);
352 <                                                /* get roughness */
353 <        if (r->rod < 0.0)
354 <                flipsurface(r);
350 >                        m->oargs.farg[1],
351 >                        m->oargs.farg[2]);
352 >                                                /* get specular component */
353 >        nd.rspec = m->oargs.farg[3];
354 >                                                /* compute transmittance */
355 >        if (m->otype == MAT_TFUNC | m->otype == MAT_TDATA) {
356 >                nd.trans = m->oargs.farg[4]*(1.0 - nd.rspec);
357 >                nd.tspec = nd.trans * m->oargs.farg[5];
358 >                dtmp = nd.trans - nd.tspec;
359 >                setcolor(nd.tdiff, dtmp, dtmp, dtmp);
360 >        } else {
361 >                nd.tspec = nd.trans = 0.0;
362 >                setcolor(nd.tdiff, 0.0, 0.0, 0.0);
363 >        }
364 >                                                /* compute reflectance */
365 >        dtmp = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
366 >        setcolor(nd.rdiff, dtmp, dtmp, dtmp);
367 >                                                /* check for back side */
368 >        if (r->rod < 0.0) {
369 >                if (!backvis && m->otype != MAT_TFUNC
370 >                                && m->otype != MAT_TDATA) {
371 >                        raytrans(r);
372 >                        return(1);
373 >                }
374 >                flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
375 >        }
376                                                  /* get modifiers */
377          raytexture(r, m->omod);
378          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
379          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
380 <        r->rt = r->rot;                         /* default ray length */
381 <                                                /* get specular component */
382 <        nd.rspec = m->oargs.farg[3];
383 <
384 <        if (nd.rspec > FTINY) {                 /* has specular component */
385 <                                                /* compute specular color */
386 <                if (m->otype == MAT_MFUNC || m->otype == MAT_MDATA)
387 <                        copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
388 <                else
170 <                        setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
171 <                scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
380 >        multcolor(nd.rdiff, nd.mcolor);
381 >        multcolor(nd.tdiff, nd.mcolor);
382 >                                                /* load auxiliary files */
383 >        if (hasdata(m->otype)) {
384 >                nd.dp = getdata(m->oargs.sarg[1]);
385 >                getfunc(m, 2, 0, 0);
386 >        } else {
387 >                nd.dp = NULL;
388 >                getfunc(m, 1, 0, 0);
389          }
173                                                /* diffuse reflection */
174        nd.rdiff = 1.0 - nd.rspec;
390                                                  /* compute ambient */
391 <        if (nd.rdiff > FTINY) {
392 <                ambient(ctmp, r);
391 >        if (nd.trans < 1.0-FTINY) {
392 >                ambient(ctmp, r, nd.pnorm);
393 >                scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
394                  multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
395                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
396          }
397 +        if (nd.trans > FTINY) {         /* from other side */
398 +                flipsurface(r);
399 +                vtmp[0] = -nd.pnorm[0];
400 +                vtmp[1] = -nd.pnorm[1];
401 +                vtmp[2] = -nd.pnorm[2];
402 +                ambient(ctmp, r, vtmp);
403 +                scalecolor(ctmp, nd.trans);
404 +                multcolor(ctmp, nd.mcolor);
405 +                addcolor(r->rcol, ctmp);
406 +                flipsurface(r);
407 +        }
408                                                  /* add direct component */
409          direct(r, dirbrdf, &nd);
410 +
411 +        return(1);
412 + }
413 +
414 +
415 + setbrdfunc(np)                  /* set up brdf function and variables */
416 + register BRDFDAT  *np;
417 + {
418 +        FVECT  vec;
419 +
420 +        if (setfunc(np->mp, np->pr) == 0)
421 +                return(0);      /* it's OK, setfunc says we're done */
422 +                                /* else (re)assign special variables */
423 +        multv3(vec, np->pnorm, funcxf.xfm);
424 +        varset("NxP", '=', vec[0]/funcxf.sca);
425 +        varset("NyP", '=', vec[1]/funcxf.sca);
426 +        varset("NzP", '=', vec[2]/funcxf.sca);
427 +        varset("RdotP", '=', np->pdot <= -1.0 ? -1.0 :
428 +                        np->pdot >= 1.0 ? 1.0 : np->pdot);
429 +        varset("CrP", '=', colval(np->mcolor,RED));
430 +        varset("CgP", '=', colval(np->mcolor,GRN));
431 +        varset("CbP", '=', colval(np->mcolor,BLU));
432 +        return(1);
433   }

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