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

Comparing ray/src/rt/m_brdf.c (file contents):
Revision 1.2 by greg, Wed Dec 12 22:35:07 1990 UTC vs.
Revision 2.6 by greg, Thu May 27 15:28:01 1993 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.
# Line 24 | Line 26 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
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
39 #define  BSPEC(m)               (6.0)           /* specular parameter b */
40
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 */
# Line 60 | Line 86 | double  omega;                 /* light source size */
86          double  ldot;
87          double  dtmp;
88          COLOR  ctmp;
89 <        double  pt[MAXDIM];
89 >        FVECT  ldx;
90 >        double  lddx[3], pt[MAXDIM];
91 >        register char   **sa;
92          register int    i;
93  
94          setcolor(cval, 0.0, 0.0, 0.0);
95          
96          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
97  
98 <        if (ldot < 0.0)
98 >        if (ldot <= FTINY && ldot >= -FTINY)
99 >                return;         /* too close to grazing */
100 >
101 >        if (ldot < 0.0 ? np->trans <= FTINY : np->trans >= 1.0-FTINY)
102                  return;         /* wrong side */
103  
104 <        if (np->rdiff > FTINY) {
104 >        if (ldot > 0.0) {
105                  /*
106                   *  Compute and add diffuse reflected component to returned
107                   *  color.  The diffuse reflected component will always be
108                   *  modified by the color of the material.
109                   */
110 <                copycolor(ctmp, np->mcolor);
111 <                dtmp = ldot * omega * np->rdiff / PI;
110 >                copycolor(ctmp, np->rdiff);
111 >                dtmp = ldot * omega / PI;
112                  scalecolor(ctmp, dtmp);
113                  addcolor(cval, ctmp);
114 +        } else {
115 +                /*
116 +                 *  Diffuse transmitted component.
117 +                 */
118 +                copycolor(ctmp, np->tdiff);
119 +                dtmp = -ldot * omega / PI;
120 +                scalecolor(ctmp, dtmp);
121 +                addcolor(cval, ctmp);
122          }
123 <        if (np->rspec > FTINY) {
123 >        if (ldot > 0.0 ? np->rspec <= FTINY : np->tspec <= FTINY)
124 >                return;         /* no specular component */
125 >                                        /* set up function */
126 >        setbrdfunc(np);
127 >        sa = np->mp->oargs.sarg;
128 >        errno = 0;
129 >                                        /* transform light vector */
130 >        multv3(ldx, ldir, funcxf.xfm);
131 >        for (i = 0; i < 3; i++)
132 >                lddx[i] = ldx[i]/funcxf.sca;
133 >                                        /* compute BRTDF */
134 >        if (np->mp->otype == MAT_BRTDF) {
135 >                if (sa[6][0] == '0')            /* special case */
136 >                        colval(ctmp,RED) = 0.0;
137 >                else
138 >                        colval(ctmp,RED) = funvalue(sa[6], 3, lddx);
139 >                if (!strcmp(sa[7],sa[6]))
140 >                        colval(ctmp,GRN) = colval(ctmp,RED);
141 >                else
142 >                        colval(ctmp,GRN) = funvalue(sa[7], 3, lddx);
143 >                if (!strcmp(sa[8],sa[6]))
144 >                        colval(ctmp,BLU) = colval(ctmp,RED);
145 >                else if (!strcmp(sa[8],sa[7]))
146 >                        colval(ctmp,BLU) = colval(ctmp,GRN);
147 >                else
148 >                        colval(ctmp,BLU) = funvalue(sa[8], 3, lddx);
149 >                dtmp = bright(ctmp);
150 >        } else if (np->dp == NULL) {
151 >                dtmp = funvalue(sa[0], 3, lddx);
152 >                setcolor(ctmp, dtmp, dtmp, dtmp);
153 >        } else {
154 >                for (i = 0; i < np->dp->nd; i++)
155 >                        pt[i] = funvalue(sa[3+i], 3, lddx);
156 >                dtmp = datavalue(np->dp, pt);
157 >                dtmp = funvalue(sa[0], 1, &dtmp);
158 >                setcolor(ctmp, dtmp, dtmp, dtmp);
159 >        }
160 >        if (errno) {
161 >                objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
162 >                return;
163 >        }
164 >        if (dtmp <= FTINY)
165 >                return;
166 >        if (ldot > 0.0) {
167                  /*
168 <                 *  Compute specular component.
168 >                 *  Compute reflected non-diffuse component.
169                   */
170 <                setfunc(np->mp, np->pr);
171 <                errno = 0;
172 <                if (np->dp == NULL)
173 <                        dtmp = funvalue(np->mp->oargs.sarg[0], 3, ldir);
174 <                else {
175 <                        for (i = 0; i < np->dp->nd; i++)
176 <                                pt[i] = funvalue(np->mp->oargs.sarg[3+i],
177 <                                                3, ldir);
178 <                        dtmp = datavalue(np->dp, pt);
179 <                        dtmp = funvalue(np->mp->oargs.sarg[0], 1, &dtmp);
180 <                }
181 <                if (errno)
182 <                        goto computerr;
183 <                if (dtmp > FTINY) {
102 <                        copycolor(ctmp, np->scolor);
103 <                        dtmp *= ldot * omega;
104 <                        scalecolor(ctmp, dtmp);
105 <                        addcolor(cval, ctmp);
106 <                }
170 >                if (np->mp->otype == MAT_MFUNC | np->mp->otype == MAT_MDATA)
171 >                        multcolor(ctmp, np->mcolor);
172 >                dtmp = ldot * omega * np->rspec;
173 >                scalecolor(ctmp, dtmp);
174 >                addcolor(cval, ctmp);
175 >        } else {
176 >                /*
177 >                 *  Compute transmitted non-diffuse component.
178 >                 */
179 >                if (np->mp->otype == MAT_TFUNC | np->mp->otype == MAT_TDATA)
180 >                        multcolor(ctmp, np->mcolor);
181 >                dtmp = -ldot * omega * np->tspec;
182 >                scalecolor(ctmp, dtmp);
183 >                addcolor(cval, ctmp);
184          }
108        return;
109 computerr:
110        objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
111        return;
185   }
186  
187  
188 < m_brdf(m, r)                    /* color a ray which hit a BRDF material */
188 > m_brdf(m, r)                    /* color a ray which hit a BRDTF material */
189   register OBJREC  *m;
190   register RAY  *r;
191   {
192          BRDFDAT  nd;
193 <        double  dtmp;
193 >        RAY  sr;
194 >        double  transtest, transdist;
195 >        int  hasrefl, hastrans;
196          COLOR  ctmp;
197 +        double  dtmp;
198 +        register MFUNC  *mf;
199          register int  i;
200 <
201 <        if (m->oargs.nsargs < 2 || m->oargs.nfargs < 4)
200 >                                                /* check arguments */
201 >        if (m->oargs.nsargs < 10 | m->oargs.nfargs < 9)
202                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
203 <                                                /* easy shadow test */
203 >        nd.mp = m;
204 >        nd.pr = r;
205 >                                                /* dummy values */
206 >        nd.rspec = nd.tspec = 1.0;
207 >        nd.trans = 0.5;
208 >                                                /* diffuse reflectance */
209 >        if (r->rod > 0.0)
210 >                setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
211 >                                m->oargs.farg[1],
212 >                                m->oargs.farg[2]);
213 >        else
214 >                setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
215 >                                m->oargs.farg[4],
216 >                                m->oargs.farg[5]);
217 >                                                /* diffuse transmittance */
218 >        setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
219 >                        m->oargs.farg[7],
220 >                        m->oargs.farg[8]);
221 >                                        /* get modifiers */
222 >        raytexture(r, m->omod);
223 >        nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
224 >        if (r->rod < 0.0) {                     /* orient perturbed values */
225 >                nd.pdot = -nd.pdot;
226 >                for (i = 0; i < 3; i++) {
227 >                        nd.pnorm[i] = -nd.pnorm[i];
228 >                        r->pert[i] = -r->pert[i];
229 >                }
230 >        }
231 >        copycolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* get pattern color */
232 >        multcolor(nd.rdiff, nd.mcolor);         /* modify diffuse values */
233 >        multcolor(nd.tdiff, nd.mcolor);
234 >        hasrefl = bright(nd.rdiff) > FTINY;
235 >        hastrans = bright(nd.tdiff) > FTINY;
236 >                                                /* load cal file */
237 >        nd.dp = NULL;
238 >        mf = getfunc(m, 9, 0x3f, 0);
239 >                                                /* compute transmitted ray */
240 >        setbrdfunc(&nd);
241 >        transtest = 0;
242 >        errno = 0;
243 >        setcolor(ctmp, evalue(mf->ep[3]),
244 >                        evalue(mf->ep[4]),
245 >                        evalue(mf->ep[5]));
246 >        if (errno)
247 >                objerror(m, WARNING, "compute error");
248 >        else if (rayorigin(&sr, r, TRANS, bright(ctmp)) == 0) {
249 >                if (!(r->crtype & SHADOW) &&
250 >                                DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY) {
251 >                        for (i = 0; i < 3; i++) /* perturb direction */
252 >                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] - .75*r->pert[i];
253 >                        if (normalize(sr.rdir) == 0.0) {
254 >                                objerror(m, WARNING, "illegal perturbation");
255 >                                VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
256 >                        }
257 >                } else {
258 >                        VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
259 >                        transtest = 2;
260 >                }
261 >                rayvalue(&sr);
262 >                multcolor(sr.rcol, ctmp);
263 >                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
264 >                transtest *= bright(sr.rcol);
265 >                transdist = r->rot + sr.rt;
266 >        }
267 >        if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
268 >                return;
269 >                                                /* compute reflected ray */
270 >        setbrdfunc(&nd);
271 >        errno = 0;
272 >        setcolor(ctmp, evalue(mf->ep[0]),
273 >                        evalue(mf->ep[1]),
274 >                        evalue(mf->ep[2]));
275 >        if (errno)
276 >                objerror(m, WARNING, "compute error");
277 >        else if (rayorigin(&sr, r, REFLECTED, bright(ctmp)) == 0) {
278 >                for (i = 0; i < 3; i++)
279 >                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
280 >                rayvalue(&sr);
281 >                multcolor(sr.rcol, ctmp);
282 >                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
283 >        }
284 >                                                /* compute ambient */
285 >        if (hasrefl) {
286 >                if (nd.pdot < 0.0)
287 >                        flipsurface(r);
288 >                ambient(ctmp, r);
289 >                multcolor(ctmp, nd.rdiff);
290 >                addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
291 >                if (nd.pdot < 0.0)
292 >                        flipsurface(r);
293 >        }
294 >        if (hastrans) {                         /* from other side */
295 >                if (nd.pdot > 0.0)
296 >                        flipsurface(r);
297 >                ambient(ctmp, r);
298 >                multcolor(ctmp, nd.tdiff);
299 >                addcolor(r->rcol, ctmp);
300 >                if (nd.pdot > 0.0)
301 >                        flipsurface(r);
302 >        }
303 >        if (hasrefl | hastrans || m->oargs.sarg[6][0] != '0')
304 >                direct(r, dirbrdf, &nd);        /* add direct component */
305 >                                                /* check distance */
306 >        if (transtest > bright(r->rcol))
307 >                r->rt = transdist;
308 > }
309 >
310 >
311 >
312 > m_brdf2(m, r)                   /* color a ray which hit a BRDF material */
313 > register OBJREC  *m;
314 > register RAY  *r;
315 > {
316 >        BRDFDAT  nd;
317 >        COLOR  ctmp;
318 >        double  dtmp;
319 >                                                /* always a shadow */
320          if (r->crtype & SHADOW)
321                  return;
322 +                                                /* check arguments */
323 +        if (m->oargs.nsargs < (hasdata(m->otype)?4:2) | m->oargs.nfargs <
324 +                        (m->otype==MAT_TFUNC|m->otype==MAT_TDATA?6:4))
325 +                objerror(m, USER, "bad # arguments");
326          nd.mp = m;
327          nd.pr = r;
131                                                /* load auxiliary files */
132        if (m->otype == MAT_PDATA || m->otype == MAT_MDATA) {
133                nd.dp = getdata(m->oargs.sarg[1]);
134                for (i = 3; i < m->oargs.nsargs; i++)
135                        if (m->oargs.sarg[i][0] == '-')
136                                break;
137                if (i-3 != nd.dp->nd)
138                        objerror(m, USER, "dimension error");
139                if (!fundefined(m->oargs.sarg[3]))
140                        loadfunc(m->oargs.sarg[2]);
141        } else {
142                nd.dp = NULL;
143                if (!fundefined(m->oargs.sarg[0]))
144                        loadfunc(m->oargs.sarg[1]);
145        }
328                                                  /* get material color */
329          setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
330 <                           m->oargs.farg[1],
331 <                           m->oargs.farg[2]);
332 <                                                /* get roughness */
330 >                        m->oargs.farg[1],
331 >                        m->oargs.farg[2]);
332 >                                                /* get specular component */
333 >        nd.rspec = m->oargs.farg[3];
334 >                                                /* compute transmittance */
335 >        if (m->otype == MAT_TFUNC | m->otype == MAT_TDATA) {
336 >                nd.trans = m->oargs.farg[4]*(1.0 - nd.rspec);
337 >                nd.tspec = nd.trans * m->oargs.farg[5];
338 >                dtmp = nd.trans - nd.tspec;
339 >                setcolor(nd.tdiff, dtmp, dtmp, dtmp);
340 >        } else {
341 >                nd.tspec = nd.trans = 0.0;
342 >                setcolor(nd.tdiff, 0.0, 0.0, 0.0);
343 >        }
344 >                                                /* compute reflectance */
345 >        dtmp = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
346 >        setcolor(nd.rdiff, dtmp, dtmp, dtmp);
347 >                                                /* fix orientation */
348          if (r->rod < 0.0)
349                  flipsurface(r);
350                                                  /* get modifiers */
351          raytexture(r, m->omod);
352          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
353          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
354 <        r->rt = r->rot;                         /* default ray length */
355 <                                                /* get specular component */
356 <        nd.rspec = m->oargs.farg[3];
357 <
358 <        if (nd.rspec > FTINY) {                 /* has specular component */
359 <                                                /* compute specular color */
360 <                if (m->otype == MAT_MFUNC || m->otype == MAT_MDATA)
361 <                        copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
362 <                else
166 <                        setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
167 <                scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
168 <                                                /* improved model */
169 <                dtmp = exp(-BSPEC(m)*nd.pdot);
170 <                for (i = 0; i < 3; i++)
171 <                        colval(nd.scolor,i) += (1.0-colval(nd.scolor,i))*dtmp;
172 <                nd.rspec += (1.0-nd.rspec)*dtmp;
354 >        multcolor(nd.rdiff, nd.mcolor);
355 >        multcolor(nd.tdiff, nd.mcolor);
356 >                                                /* load auxiliary files */
357 >        if (hasdata(m->otype)) {
358 >                nd.dp = getdata(m->oargs.sarg[1]);
359 >                getfunc(m, 2, 0, 0);
360 >        } else {
361 >                nd.dp = NULL;
362 >                getfunc(m, 1, 0, 0);
363          }
174                                                /* diffuse reflection */
175        nd.rdiff = 1.0 - nd.rspec;
364                                                  /* compute ambient */
365 <        if (nd.rdiff > FTINY) {
365 >        if (nd.trans < 1.0-FTINY) {
366                  ambient(ctmp, r);
367 +                scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
368                  multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
369                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
370          }
371 +        if (nd.trans > FTINY) {         /* from other side */
372 +                flipsurface(r);
373 +                ambient(ctmp, r);
374 +                scalecolor(ctmp, nd.trans);
375 +                multcolor(ctmp, nd.mcolor);
376 +                addcolor(r->rcol, ctmp);
377 +                flipsurface(r);
378 +        }
379                                                  /* add direct component */
380          direct(r, dirbrdf, &nd);
381 + }
382 +
383 +
384 + setbrdfunc(np)                  /* set up brdf function and variables */
385 + register BRDFDAT  *np;
386 + {
387 +        FVECT  vec;
388 +
389 +        if (setfunc(np->mp, np->pr) == 0)
390 +                return(0);      /* it's OK, setfunc says we're done */
391 +                                /* else (re)assign special variables */
392 +        multv3(vec, np->pnorm, funcxf.xfm);
393 +        varset("NxP", '=', vec[0]/funcxf.sca);
394 +        varset("NyP", '=', vec[1]/funcxf.sca);
395 +        varset("NzP", '=', vec[2]/funcxf.sca);
396 +        varset("RdotP", '=', np->pdot <= -1.0 ? -1.0 :
397 +                        np->pdot >= 1.0 ? 1.0 : np->pdot);
398 +        varset("CrP", '=', colval(np->mcolor,RED));
399 +        varset("CgP", '=', colval(np->mcolor,GRN));
400 +        varset("CbP", '=', colval(np->mcolor,BLU));
401 +        return(1);
402   }

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