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

Comparing ray/src/rt/m_brdf.c (file contents):
Revision 1.8 by greg, Fri May 10 08:51:02 1991 UTC vs.
Revision 2.8 by greg, Tue Aug 24 12:59:25 1993 UTC

# 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   *
# Line 49 | Line 52 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
52   *              rbrtd   gbrtd   bbrtd
53   *              funcfile        transform
54   *      0
55 < *      6+      red     grn     blu     rspec   trans   tspec   A7 ..
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
63 > *              CrP, CgP, CbP -         perturbed material color (or pattern)
64   */
65  
61 extern double   funvalue(), varvalue();
62 extern XF  funcxf;
63
66   typedef struct {
67          OBJREC  *mp;            /* material pointer */
68          RAY  *pr;               /* intersected ray */
69          DATARRAY  *dp;          /* data array for PDATA, MDATA or TDATA */
70 <        COLOR  mcolor;          /* color of this material */
71 <        double  rspec;          /* specular reflection */
72 <        double  rdiff;          /* diffuse reflection */
73 <        double  trans;          /* transmissivity */
74 <        double  tspec;          /* specular transmission */
75 <        double  tdiff;          /* diffuse transmission */
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 86 | Line 88 | double  omega;                 /* light source size */
88          double  dtmp;
89          COLOR  ctmp;
90          FVECT  ldx;
91 <        double  pt[MAXDIM];
91 >        double  lddx[3], pt[MAXDIM];
92 >        double  vldx[4];
93          register char   **sa;
94          register int    i;
95  
# Line 96 | Line 99 | double  omega;                 /* light source size */
99  
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 (ldot > 0.0 && 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 <        }
113 <        if (ldot < 0.0 && np->tdiff > FTINY) {
116 >        } else {
117                  /*
118                   *  Diffuse transmitted component.
119                   */
120 <                copycolor(ctmp, np->mcolor);
121 <                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff / PI;
120 >                copycolor(ctmp, np->tdiff);
121 >                dtmp = -ldot * omega / PI;
122                  scalecolor(ctmp, dtmp);
123                  addcolor(cval, ctmp);
124          }
125          if (ldot > 0.0 ? np->rspec <= FTINY : np->tspec <= FTINY)
126                  return;         /* no specular component */
127                                          /* set up function */
128 <        setfunc(np->mp, np->pr);
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 <                ldx[i] /= funcxf.sca;
134 >                lddx[i] = ldx[i]/funcxf.sca;
135                                          /* compute BRTDF */
136          if (np->mp->otype == MAT_BRTDF) {
137 <                colval(ctmp,RED) = funvalue(sa[6], 3, ldx);
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, ldx);
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, ldx);
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, ldx);
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, ldx);
158 <                dtmp = datavalue(np->dp, pt);
159 <                dtmp = funvalue(sa[0], 1, &dtmp);
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 <                goto computerr;
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 reflected non-diffuse component.
172                   */
173 <                if (np->mp->otype == MAT_MFUNC || np->mp->otype == MAT_MDATA)
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);
# Line 170 | Line 179 | double  omega;                 /* light source size */
179                  /*
180                   *  Compute transmitted non-diffuse component.
181                   */
182 <                if (np->mp->otype == MAT_TFUNC || np->mp->otype == MAT_TDATA)
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          }
179        return;
180 computerr:
181        objerror(np->mp, WARNING, "compute error");
182        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   {
190        int  minsa, minfa;
195          BRDFDAT  nd;
196 +        RAY  sr;
197          double  transtest, transdist;
198 +        int  hasrefl, hastrans;
199          COLOR  ctmp;
200          double  dtmp;
201 <        FVECT  vec;
201 >        register MFUNC  *mf;
202          register int  i;
203                                                  /* check arguments */
204 <        switch (m->otype) {
205 <        case MAT_PFUNC: case MAT_MFUNC:
206 <                minsa = 2; minfa = 4; break;
207 <        case MAT_PDATA: case MAT_MDATA:
208 <                minsa = 4; minfa = 4; break;
209 <        case MAT_TFUNC:
210 <                minsa = 2; minfa = 6; break;
211 <        case MAT_TDATA:
212 <                minsa = 4; minfa = 6; break;
213 <        case MAT_BRTDF:
214 <                minsa = 10; minfa = 6; break;
204 >        if (m->oargs.nsargs < 10 | m->oargs.nfargs < 9)
205 >                objerror(m, USER, "bad # arguments");
206 >        nd.mp = m;
207 >        nd.pr = r;
208 >                                                /* dummy values */
209 >        nd.rspec = nd.tspec = 1.0;
210 >        nd.trans = 0.5;
211 >                                                /* diffuse reflectance */
212 >        if (r->rod > 0.0)
213 >                setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
214 >                                m->oargs.farg[1],
215 >                                m->oargs.farg[2]);
216 >        else
217 >                setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
218 >                                m->oargs.farg[4],
219 >                                m->oargs.farg[5]);
220 >                                                /* diffuse transmittance */
221 >        setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
222 >                        m->oargs.farg[7],
223 >                        m->oargs.farg[8]);
224 >                                        /* get modifiers */
225 >        raytexture(r, m->omod);
226 >        nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
227 >        if (r->rod < 0.0) {                     /* orient perturbed values */
228 >                nd.pdot = -nd.pdot;
229 >                for (i = 0; i < 3; i++) {
230 >                        nd.pnorm[i] = -nd.pnorm[i];
231 >                        r->pert[i] = -r->pert[i];
232 >                }
233          }
234 <        if (m->oargs.nsargs < minsa || m->oargs.nfargs < minfa)
234 >        copycolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* get pattern color */
235 >        multcolor(nd.rdiff, nd.mcolor);         /* modify diffuse values */
236 >        multcolor(nd.tdiff, nd.mcolor);
237 >        hasrefl = bright(nd.rdiff) > FTINY;
238 >        hastrans = bright(nd.tdiff) > FTINY;
239 >                                                /* load cal file */
240 >        nd.dp = NULL;
241 >        mf = getfunc(m, 9, 0x3f, 0);
242 >                                                /* compute transmitted ray */
243 >        setbrdfunc(&nd);
244 >        transtest = 0;
245 >        transdist = r->rot;
246 >        errno = 0;
247 >        setcolor(ctmp, evalue(mf->ep[3]),
248 >                        evalue(mf->ep[4]),
249 >                        evalue(mf->ep[5]));
250 >        if (errno)
251 >                objerror(m, WARNING, "compute error");
252 >        else if (rayorigin(&sr, r, TRANS, bright(ctmp)) == 0) {
253 >                if (!(r->crtype & SHADOW) &&
254 >                                DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY) {
255 >                        for (i = 0; i < 3; i++) /* perturb direction */
256 >                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] - .75*r->pert[i];
257 >                        if (normalize(sr.rdir) == 0.0) {
258 >                                objerror(m, WARNING, "illegal perturbation");
259 >                                VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
260 >                        }
261 >                } else {
262 >                        VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
263 >                        transtest = 2;
264 >                }
265 >                rayvalue(&sr);
266 >                multcolor(sr.rcol, ctmp);
267 >                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
268 >                transtest *= bright(sr.rcol);
269 >                transdist = r->rot + sr.rt;
270 >        }
271 >        if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
272 >                return;
273 >                                                /* compute reflected ray */
274 >        setbrdfunc(&nd);
275 >        errno = 0;
276 >        setcolor(ctmp, evalue(mf->ep[0]),
277 >                        evalue(mf->ep[1]),
278 >                        evalue(mf->ep[2]));
279 >        if (errno)
280 >                objerror(m, WARNING, "compute error");
281 >        else if (rayorigin(&sr, r, REFLECTED, bright(ctmp)) == 0) {
282 >                for (i = 0; i < 3; i++)
283 >                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
284 >                rayvalue(&sr);
285 >                multcolor(sr.rcol, ctmp);
286 >                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
287 >        }
288 >                                                /* compute ambient */
289 >        if (hasrefl) {
290 >                if (nd.pdot < 0.0)
291 >                        flipsurface(r);
292 >                ambient(ctmp, r);
293 >                multcolor(ctmp, nd.rdiff);
294 >                addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
295 >                if (nd.pdot < 0.0)
296 >                        flipsurface(r);
297 >        }
298 >        if (hastrans) {                         /* from other side */
299 >                if (nd.pdot > 0.0)
300 >                        flipsurface(r);
301 >                ambient(ctmp, r);
302 >                multcolor(ctmp, nd.tdiff);
303 >                addcolor(r->rcol, ctmp);
304 >                if (nd.pdot > 0.0)
305 >                        flipsurface(r);
306 >        }
307 >        if (hasrefl | hastrans || m->oargs.sarg[6][0] != '0')
308 >                direct(r, dirbrdf, &nd);        /* add direct component */
309 >                                                /* check distance */
310 >        if (transtest > bright(r->rcol))
311 >                r->rt = transdist;
312 > }
313 >
314 >
315 >
316 > m_brdf2(m, r)                   /* color a ray which hit a BRDF material */
317 > register OBJREC  *m;
318 > register RAY  *r;
319 > {
320 >        BRDFDAT  nd;
321 >        COLOR  ctmp;
322 >        double  dtmp;
323 >                                                /* always a shadow */
324 >        if (r->crtype & SHADOW)
325 >                return;
326 >                                                /* check arguments */
327 >        if (m->oargs.nsargs < (hasdata(m->otype)?4:2) | m->oargs.nfargs <
328 >                        (m->otype==MAT_TFUNC|m->otype==MAT_TDATA?6:4))
329                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
330          nd.mp = m;
331          nd.pr = r;
332 +                                                /* get material color */
333 +        setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
334 +                        m->oargs.farg[1],
335 +                        m->oargs.farg[2]);
336                                                  /* get specular component */
337          nd.rspec = m->oargs.farg[3];
338 <                                                /* compute transmission */
339 <        if (m->otype == MAT_TFUNC || m->otype == MAT_TDATA
218 <                        || m->otype == MAT_BRTDF) {
338 >                                                /* compute transmittance */
339 >        if (m->otype == MAT_TFUNC | m->otype == MAT_TDATA) {
340                  nd.trans = m->oargs.farg[4]*(1.0 - nd.rspec);
341                  nd.tspec = nd.trans * m->oargs.farg[5];
342 <                nd.tdiff = nd.trans - nd.tspec;
343 <        } else
344 <                nd.tdiff = nd.tspec = nd.trans = 0.0;
345 <                                                /* early shadow check */
346 <        if (r->crtype & SHADOW && (m->otype != MAT_BRTDF || nd.tspec <= FTINY))
347 <                return;
348 <                                                /* diffuse reflection */
349 <        nd.rdiff = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
350 <                                                /* get material color */
230 <        setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
231 <                           m->oargs.farg[1],
232 <                           m->oargs.farg[2]);
342 >                dtmp = nd.trans - nd.tspec;
343 >                setcolor(nd.tdiff, dtmp, dtmp, dtmp);
344 >        } else {
345 >                nd.tspec = nd.trans = 0.0;
346 >                setcolor(nd.tdiff, 0.0, 0.0, 0.0);
347 >        }
348 >                                                /* compute reflectance */
349 >        dtmp = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
350 >        setcolor(nd.rdiff, dtmp, dtmp, dtmp);
351                                                  /* fix orientation */
352          if (r->rod < 0.0)
353                  flipsurface(r);
# Line 237 | Line 355 | register RAY  *r;
355          raytexture(r, m->omod);
356          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
357          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
358 <        r->rt = r->rot;                         /* default ray length */
359 <        transtest = 0;
358 >        multcolor(nd.rdiff, nd.mcolor);
359 >        multcolor(nd.tdiff, nd.mcolor);
360                                                  /* load auxiliary files */
361 <        if (m->otype == MAT_PDATA || m->otype == MAT_MDATA
244 <                        || m->otype == MAT_TDATA) {
361 >        if (hasdata(m->otype)) {
362                  nd.dp = getdata(m->oargs.sarg[1]);
363 <                for (i = 3; i < m->oargs.nsargs; i++)
247 <                        if (m->oargs.sarg[i][0] == '-')
248 <                                break;
249 <                if (i-3 != nd.dp->nd)
250 <                        objerror(m, USER, "dimension error");
251 <                if (!fundefined(m->oargs.sarg[3]))
252 <                        loadfunc(m->oargs.sarg[2]);
253 <        } else if (m->otype == MAT_BRTDF) {
254 <                nd.dp = NULL;
255 <                if (!fundefined(m->oargs.sarg[7]))
256 <                        loadfunc(m->oargs.sarg[9]);
363 >                getfunc(m, 2, 0, 0);
364          } else {
365                  nd.dp = NULL;
366 <                if (!fundefined(m->oargs.sarg[0]))
260 <                        loadfunc(m->oargs.sarg[1]);
366 >                getfunc(m, 1, 0, 0);
367          }
262                                                /* set special variables */
263        setfunc(m, r);
264        multv3(vec, nd.pnorm, funcxf.xfm);
265        varset("NxP", '=', vec[0]/funcxf.sca);
266        varset("NyP", '=', vec[1]/funcxf.sca);
267        varset("NzP", '=', vec[2]/funcxf.sca);
268        varset("RdotP", '=', nd.pdot);
269        varset("CrP", '=', colval(nd.mcolor,RED));
270        varset("CgP", '=', colval(nd.mcolor,GRN));
271        varset("CbP", '=', colval(nd.mcolor,BLU));
272                                                /* compute transmitted ray */
273        if (m->otype == MAT_BRTDF && nd.tspec > FTINY) {
274                RAY  sr;
275                errno = 0;
276                setcolor(ctmp, varvalue(m->oargs.sarg[0]),
277                                varvalue(m->oargs.sarg[1]),
278                                varvalue(m->oargs.sarg[2]));
279                scalecolor(ctmp, nd.tspec);
280                if (errno)
281                        objerror(m, WARNING, "compute error");
282                else if ((dtmp = bright(ctmp)) > FTINY &&
283                                rayorigin(&sr, r, TRANS, dtmp) == 0) {
284                        if (DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY) {
285                                for (i = 0; i < 3; i++) /* perturb direction */
286                                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] -
287                                                        .75*r->pert[i];
288                                normalize(sr.rdir);
289                        } else {
290                                VCOPY(sr.rdir, r->rdir);
291                                transtest = 2;
292                        }
293                        rayvalue(&sr);
294                        multcolor(sr.rcol, ctmp);
295                        addcolor(r->rcol, sr.rcol);
296                        transtest *= bright(sr.rcol);
297                        transdist = r->rot + sr.rt;
298                }
299        }
300        if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
301                return;
302                                                /* compute reflected ray */
303        if (m->otype == MAT_BRTDF && nd.rspec > FTINY) {
304                RAY  sr;
305                errno = 0;
306                setcolor(ctmp, varvalue(m->oargs.sarg[3]),
307                                varvalue(m->oargs.sarg[4]),
308                                varvalue(m->oargs.sarg[5]));
309                scalecolor(ctmp, nd.rspec);
310                if (errno)
311                        objerror(m, WARNING, "compute error");
312                else if ((dtmp = bright(ctmp)) > FTINY &&
313                                rayorigin(&sr, r, REFLECTED, dtmp) == 0) {
314                        for (i = 0; i < 3; i++)
315                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] +
316                                                2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
317                        rayvalue(&sr);
318                        multcolor(sr.rcol, ctmp);
319                        addcolor(r->rcol, sr.rcol);
320                }
321        }
368                                                  /* compute ambient */
369 <        if (nd.rdiff > FTINY) {
369 >        if (nd.trans < 1.0-FTINY) {
370                  ambient(ctmp, r);
371 <                if (m->otype == MAT_BRTDF)
326 <                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
327 <                else
328 <                        scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
371 >                scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
372                  multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
373                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
374          }
375 <        if (nd.tdiff > FTINY) {                 /* from other side */
375 >        if (nd.trans > FTINY) {         /* from other side */
376                  flipsurface(r);
377                  ambient(ctmp, r);
378 <                if (m->otype == MAT_BRTDF)
336 <                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
337 <                else
338 <                        scalecolor(ctmp, nd.trans);
378 >                scalecolor(ctmp, nd.trans);
379                  multcolor(ctmp, nd.mcolor);
380                  addcolor(r->rcol, ctmp);
381                  flipsurface(r);
382          }
383                                                  /* add direct component */
384          direct(r, dirbrdf, &nd);
385 <                                                /* check distance */
386 <        if (transtest > bright(r->rcol))
387 <                r->rt = transdist;
385 > }
386 >
387 >
388 > setbrdfunc(np)                  /* set up brdf function and variables */
389 > register BRDFDAT  *np;
390 > {
391 >        FVECT  vec;
392 >
393 >        if (setfunc(np->mp, np->pr) == 0)
394 >                return(0);      /* it's OK, setfunc says we're done */
395 >                                /* else (re)assign special variables */
396 >        multv3(vec, np->pnorm, funcxf.xfm);
397 >        varset("NxP", '=', vec[0]/funcxf.sca);
398 >        varset("NyP", '=', vec[1]/funcxf.sca);
399 >        varset("NzP", '=', vec[2]/funcxf.sca);
400 >        varset("RdotP", '=', np->pdot <= -1.0 ? -1.0 :
401 >                        np->pdot >= 1.0 ? 1.0 : np->pdot);
402 >        varset("CrP", '=', colval(np->mcolor,RED));
403 >        varset("CgP", '=', colval(np->mcolor,GRN));
404 >        varset("CbP", '=', colval(np->mcolor,BLU));
405 >        return(1);
406   }

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