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 1.3 by greg, Fri Dec 14 21:57:59 1990 UTC vs.
Revision 2.18 by greg, Wed Mar 5 16:16:53 2003 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 "copyright.h"
9 +
10   #include  "ray.h"
11  
12   #include  "data.h"
13  
14   #include  "otypes.h"
15  
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 extern double   funvalue(), varvalue();
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 + static void
81   dirbrdf(cval, np, ldir, omega)          /* compute source contribution */
82   COLOR  cval;                    /* returned coefficient */
83   register BRDFDAT  *np;          /* 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 >        static double  vldx[5], pt[MAXDIM];
92 >        register char   **sa;
93          register int    i;
94 + #define lddx (vldx+1)
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 >        lddx[3] = omega;
136 >                                        /* compute BRTDF */
137 >        if (np->mp->otype == MAT_BRTDF) {
138 >                if (sa[6][0] == '0')            /* special case */
139 >                        colval(ctmp,RED) = 0.0;
140 >                else
141 >                        colval(ctmp,RED) = funvalue(sa[6], 4, lddx);
142 >                if (!strcmp(sa[7],sa[6]))
143 >                        colval(ctmp,GRN) = colval(ctmp,RED);
144 >                else
145 >                        colval(ctmp,GRN) = funvalue(sa[7], 4, lddx);
146 >                if (!strcmp(sa[8],sa[6]))
147 >                        colval(ctmp,BLU) = colval(ctmp,RED);
148 >                else if (!strcmp(sa[8],sa[7]))
149 >                        colval(ctmp,BLU) = colval(ctmp,GRN);
150 >                else
151 >                        colval(ctmp,BLU) = funvalue(sa[8], 4, lddx);
152 >                dtmp = bright(ctmp);
153 >        } else if (np->dp == NULL) {
154 >                dtmp = funvalue(sa[0], 4, lddx);
155 >                setcolor(ctmp, dtmp, dtmp, dtmp);
156 >        } else {
157 >                for (i = 0; i < np->dp->nd; i++)
158 >                        pt[i] = funvalue(sa[3+i], 4, lddx);
159 >                vldx[0] = datavalue(np->dp, pt);
160 >                dtmp = funvalue(sa[0], 5, vldx);
161 >                setcolor(ctmp, dtmp, dtmp, dtmp);
162 >        }
163 >        if (errno == EDOM || errno == ERANGE) {
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          }
188 <        return;
107 < computerr:
108 <        objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
109 <        return;
188 > #undef lddx
189   }
190  
191  
192 < m_brdf(m, r)                    /* color a ray which hit a BRDF material */
192 > int
193 > m_brdf(m, r)                    /* color a ray that hit a BRDTfunc material */
194   register OBJREC  *m;
195   register RAY  *r;
196   {
197 +        int  hitfront = 1;
198          BRDFDAT  nd;
199 <        double  dtmp;
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");
124                                                /* easy shadow test */
125        if (r->crtype & SHADOW)
126                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]);
225 <        }
226 <                                                /* 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);
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 <        multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
231 <        r->rt = r->rot;                         /* default ray length */
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 >                hitfront = 0;
237 >        }
238 >        copycolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* get pattern color */
239 >        multcolor(nd.rdiff, nd.mcolor);         /* modify diffuse values */
240 >        multcolor(nd.tdiff, nd.mcolor);
241 >        hasrefl = bright(nd.rdiff) > FTINY;
242 >        hastrans = bright(nd.tdiff) > FTINY;
243 >                                                /* load cal file */
244 >        nd.dp = NULL;
245 >        mf = getfunc(m, 9, 0x3f, 0);
246 >                                                /* compute transmitted ray */
247 >        setbrdfunc(&nd);
248 >        transtest = 0;
249 >        transdist = r->rot;
250 >        errno = 0;
251 >        setcolor(ctmp, evalue(mf->ep[3]),
252 >                        evalue(mf->ep[4]),
253 >                        evalue(mf->ep[5]));
254 >        if (errno == EDOM || errno == ERANGE)
255 >                objerror(m, WARNING, "compute error");
256 >        else if (rayorigin(&sr, r, TRANS, bright(ctmp)) == 0) {
257 >                if (!(r->crtype & SHADOW) &&
258 >                                DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY) {
259 >                        for (i = 0; i < 3; i++) /* perturb direction */
260 >                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] - .75*r->pert[i];
261 >                        if (normalize(sr.rdir) == 0.0) {
262 >                                objerror(m, WARNING, "illegal perturbation");
263 >                                VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
264 >                        }
265 >                } else {
266 >                        VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
267 >                        transtest = 2;
268 >                }
269 >                rayvalue(&sr);
270 >                multcolor(sr.rcol, ctmp);
271 >                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
272 >                transtest *= bright(sr.rcol);
273 >                transdist = r->rot + sr.rt;
274 >        }
275 >        if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
276 >                return(1);
277 >                                                /* compute reflected ray */
278 >        setbrdfunc(&nd);
279 >        errno = 0;
280 >        setcolor(ctmp, evalue(mf->ep[0]),
281 >                        evalue(mf->ep[1]),
282 >                        evalue(mf->ep[2]));
283 >        if (errno == EDOM || errno == ERANGE)
284 >                objerror(m, WARNING, "compute error");
285 >        else if (rayorigin(&sr, r, REFLECTED, bright(ctmp)) == 0) {
286 >                for (i = 0; i < 3; i++)
287 >                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
288 >                rayvalue(&sr);
289 >                multcolor(sr.rcol, ctmp);
290 >                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
291 >        }
292 >                                                /* compute ambient */
293 >        if (hasrefl) {
294 >                if (!hitfront)
295 >                        flipsurface(r);
296 >                ambient(ctmp, r, nd.pnorm);
297 >                multcolor(ctmp, nd.rdiff);
298 >                addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
299 >                if (!hitfront)
300 >                        flipsurface(r);
301 >        }
302 >        if (hastrans) {                         /* from other side */
303 >                if (hitfront)
304 >                        flipsurface(r);
305 >                vtmp[0] = -nd.pnorm[0];
306 >                vtmp[1] = -nd.pnorm[1];
307 >                vtmp[2] = -nd.pnorm[2];
308 >                ambient(ctmp, r, vtmp);
309 >                multcolor(ctmp, nd.tdiff);
310 >                addcolor(r->rcol, ctmp);
311 >                if (hitfront)
312 >                        flipsurface(r);
313 >        }
314 >        if (hasrefl | hastrans || m->oargs.sarg[6][0] != '0')
315 >                direct(r, dirbrdf, &nd);        /* add direct component */
316 >                                                /* check distance */
317 >        if (transtest > bright(r->rcol))
318 >                r->rt = transdist;
319 >
320 >        return(1);
321 > }
322 >
323 >
324 >
325 > int
326 > m_brdf2(m, r)                   /* color a ray that hit a BRDF material */
327 > register OBJREC  *m;
328 > register RAY  *r;
329 > {
330 >        BRDFDAT  nd;
331 >        COLOR  ctmp;
332 >        FVECT  vtmp;
333 >        double  dtmp;
334 >                                                /* always a shadow */
335 >        if (r->crtype & SHADOW)
336 >                return(1);
337 >                                                /* check arguments */
338 >        if (m->oargs.nsargs < (hasdata(m->otype)?4:2) | m->oargs.nfargs <
339 >                        (m->otype==MAT_TFUNC|m->otype==MAT_TDATA?6:4))
340 >                objerror(m, USER, "bad # arguments");
341 >                                                /* check for back side */
342 >        if (r->rod < 0.0) {
343 >                if (!backvis && m->otype != MAT_TFUNC
344 >                                && m->otype != MAT_TDATA) {
345 >                        raytrans(r);
346 >                        return(1);
347 >                }
348 >                raytexture(r, m->omod);
349 >                flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
350 >        } else
351 >                raytexture(r, m->omod);
352 >
353 >        nd.mp = m;
354 >        nd.pr = r;
355 >                                                /* get material color */
356 >        setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
357 >                        m->oargs.farg[1],
358 >                        m->oargs.farg[2]);
359                                                  /* get specular component */
360          nd.rspec = m->oargs.farg[3];
361 <
362 <        if (nd.rspec > FTINY) {                 /* has specular component */
363 <                                                /* compute specular color */
364 <                if (m->otype == MAT_MFUNC || m->otype == MAT_MDATA)
365 <                        copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
366 <                else
367 <                        setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
368 <                scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
361 >                                                /* compute transmittance */
362 >        if (m->otype == MAT_TFUNC | m->otype == MAT_TDATA) {
363 >                nd.trans = m->oargs.farg[4]*(1.0 - nd.rspec);
364 >                nd.tspec = nd.trans * m->oargs.farg[5];
365 >                dtmp = nd.trans - nd.tspec;
366 >                setcolor(nd.tdiff, dtmp, dtmp, dtmp);
367 >        } else {
368 >                nd.tspec = nd.trans = 0.0;
369 >                setcolor(nd.tdiff, 0.0, 0.0, 0.0);
370          }
371 <                                                /* diffuse reflection */
372 <        nd.rdiff = 1.0 - nd.rspec;
371 >                                                /* compute reflectance */
372 >        dtmp = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
373 >        setcolor(nd.rdiff, dtmp, dtmp, dtmp);
374 >        nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
375 >        multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
376 >        multcolor(nd.rdiff, nd.mcolor);
377 >        multcolor(nd.tdiff, nd.mcolor);
378 >                                                /* load auxiliary files */
379 >        if (hasdata(m->otype)) {
380 >                nd.dp = getdata(m->oargs.sarg[1]);
381 >                getfunc(m, 2, 0, 0);
382 >        } else {
383 >                nd.dp = NULL;
384 >                getfunc(m, 1, 0, 0);
385 >        }
386                                                  /* compute ambient */
387 <        if (nd.rdiff > FTINY) {
388 <                ambient(ctmp, r);
387 >        if (nd.trans < 1.0-FTINY) {
388 >                ambient(ctmp, r, nd.pnorm);
389 >                scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
390                  multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
391                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
392          }
393 +        if (nd.trans > FTINY) {         /* from other side */
394 +                flipsurface(r);
395 +                vtmp[0] = -nd.pnorm[0];
396 +                vtmp[1] = -nd.pnorm[1];
397 +                vtmp[2] = -nd.pnorm[2];
398 +                ambient(ctmp, r, vtmp);
399 +                scalecolor(ctmp, nd.trans);
400 +                multcolor(ctmp, nd.mcolor);
401 +                addcolor(r->rcol, ctmp);
402 +                flipsurface(r);
403 +        }
404                                                  /* add direct component */
405          direct(r, dirbrdf, &nd);
406 +
407 +        return(1);
408 + }
409 +
410 +
411 + int
412 + setbrdfunc(np)                  /* set up brdf function and variables */
413 + register BRDFDAT  *np;
414 + {
415 +        FVECT  vec;
416 +
417 +        if (setfunc(np->mp, np->pr) == 0)
418 +                return(0);      /* it's OK, setfunc says we're done */
419 +                                /* else (re)assign special variables */
420 +        multv3(vec, np->pnorm, funcxf.xfm);
421 +        varset("NxP", '=', vec[0]/funcxf.sca);
422 +        varset("NyP", '=', vec[1]/funcxf.sca);
423 +        varset("NzP", '=', vec[2]/funcxf.sca);
424 +        varset("RdotP", '=', np->pdot <= -1.0 ? -1.0 :
425 +                        np->pdot >= 1.0 ? 1.0 : np->pdot);
426 +        varset("CrP", '=', colval(np->mcolor,RED));
427 +        varset("CgP", '=', colval(np->mcolor,GRN));
428 +        varset("CbP", '=', colval(np->mcolor,BLU));
429 +        return(1);
430   }

Diff Legend

Removed lines
+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines