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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.2 by greg, Fri Feb 18 02:41:55 2011 UTC vs.
Revision 2.62 by greg, Sat Mar 27 17:50:18 2021 UTC

# Line 8 | Line 8 | static const char RCSid[] = "$Id$";
8   #include "copyright.h"
9  
10   #include  "ray.h"
11 + #include  "otypes.h"
12   #include  "ambient.h"
13   #include  "source.h"
14   #include  "func.h"
15   #include  "bsdf.h"
16   #include  "random.h"
17 + #include  "pmapmat.h"
18  
19   /*
20 < *      Arguments to this material include optional diffuse colors.
20 >  *     Arguments to this material include optional diffuse colors.
21   *  String arguments include the BSDF and function files.
22 < *      A thickness variable causes the strange but useful behavior
23 < *  of translating transmitted rays this distance past the surface
24 < *  intersection in the normal direction to bypass intervening geometry.
25 < *  This only affects scattered, non-source directed samples.  Thus,
26 < *  thickness is relevant only if there is a transmitted component.
27 < *  A positive thickness has the further side-effect that an unscattered
28 < *  (view) ray will pass right through our material if it has any
29 < *  non-diffuse transmission, making our BSDF invisible.  This allows the
30 < *  underlying geometry to become visible.  A matching surface should be
31 < *  placed on the other side, less than the thickness away, if the backside
32 < *  reflectance is non-zero.
22 > *      For the MAT_BSDF type, a non-zero thickness causes the useful behavior
23 > *  of translating transmitted rays this distance beneath the surface
24 > *  (opposite the surface normal) to bypass any intervening geometry.
25 > *  Translation only affects scattered, non-source-directed samples.
26 > *  A non-zero thickness has the further side-effect that an unscattered
27 > *  (view) ray will pass right through our material, making the BSDF
28 > *  surface invisible and showing the proxied geometry instead. Thickness
29 > *  has the further effect of turning off reflection on the reverse side so
30 > *  rays heading in the opposite direction pass unimpeded through the BSDF
31 > *  surface.  A paired surface may be placed on the opposide side of
32 > *  the detail geometry, less than this thickness away, if a two-way
33 > *  proxy is desired.  Note that the sign of the thickness is important.
34 > *  A positive thickness hides geometry behind the BSDF surface and uses
35 > *  front reflectance and transmission properties.  A negative thickness
36 > *  hides geometry in front of the surface when rays hit from behind,
37 > *  and applies only the transmission and backside reflectance properties.
38 > *  Reflection is ignored on the hidden side, as those rays pass through.
39 > *      For the MAT_ABSDF type, we check for a strong "through" component.
40 > *  Such a component will cause direct rays to pass through unscattered.
41 > *  A separate test prevents over-counting by dropping samples that are
42 > *  too close to this "through" direction.  BSDFs with such a through direction
43 > *  will also have a view component, meaning they are somewhat see-through.
44 > *  A MAT_BSDF type with zero thickness behaves the same as a MAT_ABSDF
45 > *  type with no strong through component.
46   *      The "up" vector for the BSDF is given by three variables, defined
47   *  (along with the thickness) by the named function file, or '.' if none.
48   *  Together with the surface normal, this defines the local coordinate
49   *  system for the BSDF.
50   *      We do not reorient the surface, so if the BSDF has no back-side
51 < *  reflectance and none is given in the real arguments, the surface will
52 < *  appear as black when viewed from behind (unless backvis is false).
53 < *  The diffuse compnent arguments are added to components in the BSDF file,
51 > *  reflectance and none is given in the real arguments, a BSDF surface
52 > *  with zero thickness will appear black when viewed from behind
53 > *  unless backface visibility is on, when it becomes invisible.
54 > *      The diffuse arguments are added to components in the BSDF file,
55   *  not multiplied.  However, patterns affect this material as a multiplier
56   *  on everything except non-diffuse reflection.
57   *
58 + *  Arguments for MAT_ABSDF are:
59 + *      5+      BSDFfile        ux uy uz        funcfile        transform
60 + *      0
61 + *      0|3|6|9 rdf     gdf     bdf
62 + *              rdb     gdb     bdb
63 + *              rdt     gdt     bdt
64 + *
65   *  Arguments for MAT_BSDF are:
66   *      6+      thick   BSDFfile        ux uy uz        funcfile        transform
67   *      0
68 < *      0|3|9   rdf     gdf     bdf
68 > *      0|3|6|9 rdf     gdf     bdf
69   *              rdb     gdb     bdb
70   *              rdt     gdt     bdt
71   */
72  
73 + /*
74 + * Note that our reverse ray-tracing process means that the positions
75 + * of incoming and outgoing vectors may be reversed in our calls
76 + * to the BSDF library.  This is usually fine, since the bidirectional nature
77 + * of the BSDF (that's what the 'B' stands for) means it all works out.
78 + */
79 +
80   typedef struct {
81          OBJREC  *mp;            /* material pointer */
82          RAY     *pr;            /* intersected ray */
83          FVECT   pnorm;          /* perturbed surface normal */
84 <        FVECT   vinc;           /* local incident vector */
84 >        FVECT   vray;           /* local outgoing (return) vector */
85 >        double  sr_vpsa[2];     /* sqrt of BSDF projected solid angle extrema */
86          RREAL   toloc[3][3];    /* world to local BSDF coords */
87          RREAL   fromloc[3][3];  /* local BSDF coords to world */
88          double  thick;          /* surface thickness */
89 +        COLOR   cthru;          /* "through" component for MAT_ABSDF */
90 +        COLOR   cthru_surr;     /* surround for "through" component */
91          SDData  *sd;            /* loaded BSDF data */
92 +        COLOR   rdiff;          /* diffuse reflection */
93          COLOR   runsamp;        /* BSDF hemispherical reflection */
94 <        COLOR   rdiff;          /* added diffuse reflection */
94 >        COLOR   tdiff;          /* diffuse transmission */
95          COLOR   tunsamp;        /* BSDF hemispherical transmission */
62        COLOR   tdiff;          /* added diffuse transmission */
96   }  BSDFDAT;             /* BSDF material data */
97  
98   #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
99  
100 < /* Compute source contribution for BSDF */
100 > typedef struct {
101 >        double  vy;             /* brightness (for sorting) */
102 >        FVECT   tdir;           /* through sample direction (normalized) */
103 >        COLOR   vcol;           /* BTDF color */
104 > }  PEAKSAMP;            /* BTDF peak sample */
105 >
106 > /* Comparison function to put near-peak values in descending order */
107 > static int
108 > cmp_psamp(const void *p1, const void *p2)
109 > {
110 >        double  diff = (*(const PEAKSAMP *)p1).vy - (*(const PEAKSAMP *)p2).vy;
111 >        if (diff > 0) return(-1);
112 >        if (diff < 0) return(1);
113 >        return(0);
114 > }
115 >
116 > /* Compute "through" component color for MAT_ABSDF */
117   static void
118 < dirbsdf(
118 > compute_through(BSDFDAT *ndp)
119 > {
120 > #define NDIR2CHECK      29
121 >        static const float      dir2check[NDIR2CHECK][2] = {
122 >                                        {0, 0}, {-0.6, 0}, {0, 0.6},
123 >                                        {0, -0.6}, {0.6, 0}, {-0.6, 0.6},
124 >                                        {-0.6, -0.6}, {0.6, 0.6}, {0.6, -0.6},
125 >                                        {-1.2, 0}, {0, 1.2}, {0, -1.2},
126 >                                        {1.2, 0}, {-1.2, 1.2}, {-1.2, -1.2},
127 >                                        {1.2, 1.2}, {1.2, -1.2}, {-1.8, 0},
128 >                                        {0, 1.8}, {0, -1.8}, {1.8, 0},
129 >                                        {-1.8, 1.8}, {-1.8, -1.8}, {1.8, 1.8},
130 >                                        {1.8, -1.8}, {-2.4, 0}, {0, 2.4},
131 >                                        {0, -2.4}, {2.4, 0},
132 >                                };
133 >        const double    peak_over = 1.5;
134 >        PEAKSAMP        psamp[NDIR2CHECK];
135 >        SDSpectralDF    *dfp;
136 >        FVECT           pdir;
137 >        double          tomega, srchrad;
138 >        double          tomsum, tomsurr;
139 >        COLOR           vpeak, vsurr;
140 >        double          vypeak;
141 >        int             i, ns;
142 >        SDError         ec;
143 >
144 >        if (ndp->pr->rod > 0)
145 >                dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
146 >        else
147 >                dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
148 >
149 >        if (dfp == NULL)
150 >                return;                         /* no specular transmission */
151 >        if (bright(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
152 >                return;                         /* pattern is black, here */
153 >        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else evaluate peak */
154 >        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
155 >                SDValue sv;
156 >                psamp[i].tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
157 >                psamp[i].tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
158 >                psamp[i].tdir[2] = -ndp->vray[2];
159 >                normalize(psamp[i].tdir);
160 >                ec = SDevalBSDF(&sv, psamp[i].tdir, ndp->vray, ndp->sd);
161 >                if (ec)
162 >                        goto baderror;
163 >                cvt_sdcolor(psamp[i].vcol, &sv);
164 >                psamp[i].vy = sv.cieY;
165 >        }
166 >        qsort(psamp, NDIR2CHECK, sizeof(PEAKSAMP), cmp_psamp);
167 >        if (psamp[0].vy <= FTINY)
168 >                return;                         /* zero area */
169 >        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
170 >        setcolor(vsurr, 0, 0, 0);
171 >        vypeak = tomsum = tomsurr = 0;          /* combine top unique values */
172 >        ns = 0;
173 >        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
174 >                if (i && psamp[i].vy == psamp[i-1].vy)
175 >                        continue;               /* assume duplicate sample */
176 >
177 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega, psamp[i].tdir, ndp->vray,
178 >                                                SDqueryMin, ndp->sd);
179 >                if (ec)
180 >                        goto baderror;
181 >                                                /* not really a peak? */
182 >                if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA ||
183 >                                        vypeak > 8.*psamp[i].vy*ns) {
184 >                        if (!i) return;         /* abort */
185 >                        scalecolor(psamp[i].vcol, tomega);
186 >                        addcolor(vsurr, psamp[i].vcol);
187 >                        tomsurr += tomega;
188 >                        continue;
189 >                }
190 >                scalecolor(psamp[i].vcol, tomega);
191 >                addcolor(vpeak, psamp[i].vcol);
192 >                tomsum += tomega;
193 >                vypeak += psamp[i].vy;
194 >                ++ns;
195 >        }
196 >        if (vypeak*tomsurr < peak_over*bright(vsurr)*ns)
197 >                return;                         /* peak not peaky enough */
198 >        if ((vypeak/ns - (ndp->vray[2] > 0 ? ndp->sd->tLambFront.cieY
199 >                        : ndp->sd->tLambBack.cieY)*(1./PI))*tomsum <= .001)
200 >                return;                         /* < 0.1% transmission */
201 >        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* already scaled by omega */
202 >        multcolor(ndp->cthru, ndp->pr->pcol);   /* modify by pattern */
203 >        if (tomsurr > FTINY) {                  /* surround contribution? */
204 >                scalecolor(vsurr, 1./tomsurr);  /* this one is avg. BTDF */
205 >                copycolor(ndp->cthru_surr, vsurr);
206 >                multcolor(ndp->cthru_surr, ndp->pr->pcol);
207 >        }
208 >        return;
209 > baderror:
210 >        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
211 > #undef NDIR2CHECK
212 > }
213 >
214 > /* Jitter ray sample according to projected solid angle and specjitter */
215 > static void
216 > bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
217 > {
218 >        VCOPY(vres, ndp->vray);
219 >        if (specjitter < 1.)
220 >                sr_psa *= specjitter;
221 >        if (sr_psa <= FTINY)
222 >                return;
223 >        vres[0] += sr_psa*(.5 - frandom());
224 >        vres[1] += sr_psa*(.5 - frandom());
225 >        normalize(vres);
226 > }
227 >
228 > /* Get BSDF specular for direct component, returning true if OK to proceed */
229 > static int
230 > direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
231 > {
232 >        int     nsamp;
233 >        double  wtot = 0;
234 >        FVECT   vsrc, vsmp, vjit;
235 >        double  tomega, tomega2;
236 >        double  sf, tsr, sd[2];
237 >        COLOR   csmp, cdiff;
238 >        double  diffY;
239 >        SDValue sv;
240 >        SDError ec;
241 >        int     i;
242 >                                        /* in case we fail */
243 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
244 >                                        /* transform source direction */
245 >        if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
246 >                return(0);
247 >                                        /* will discount diffuse portion */
248 >        switch ((vsrc[2] > 0)<<1 | (ndp->vray[2] > 0)) {
249 >        case 3:
250 >                if (ndp->sd->rf == NULL)
251 >                        return(0);      /* all diffuse */
252 >                sv = ndp->sd->rLambFront;
253 >                break;
254 >        case 0:
255 >                if (ndp->sd->rb == NULL)
256 >                        return(0);      /* all diffuse */
257 >                sv = ndp->sd->rLambBack;
258 >                break;
259 >        case 1:
260 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
261 >                        return(0);      /* all diffuse */
262 >                sv = ndp->sd->tLambFront;
263 >                break;
264 >        case 2:
265 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
266 >                        return(0);      /* all diffuse */
267 >                sv = ndp->sd->tLambBack;
268 >                break;
269 >        }
270 >        if (sv.cieY > FTINY) {
271 >                diffY = sv.cieY *= 1./PI;
272 >                cvt_sdcolor(cdiff, &sv);
273 >        } else {
274 >                diffY = 0;
275 >                setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
276 >        }
277 >                                        /* need projected solid angle */
278 >        omega *= fabs(vsrc[2]);
279 >                                        /* check indirect over-counting */
280 >        if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && bright(ndp->cthru) > FTINY) {
281 >                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
282 >                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
283 >                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
284 >                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
285 >                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
286 >
287 >                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(omega + dfp->minProjSA +
288 >                                                2.*sqrt(omega*dfp->minProjSA))) {
289 >                        if (bright(ndp->cthru_surr) <= FTINY)
290 >                                return(0);
291 >                        copycolor(cval, ndp->cthru_surr);
292 >                        return(1);      /* return non-zero surround BTDF */
293 >                }
294 >        }
295 >        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
296 >        if (ec)
297 >                goto baderror;
298 >                                        /* assign number of samples */
299 >        sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
300 >        if (tomega <= 0)
301 >                nsamp = 1;
302 >        else if (25.*tomega <= omega)
303 >                nsamp = 100.*sf + .5;
304 >        else
305 >                nsamp = 4.*sf*omega/tomega + .5;
306 >        nsamp += !nsamp;
307 >        sf = sqrt(omega);               /* sample our source area */
308 >        tsr = sqrt(tomega);
309 >        for (i = nsamp; i--; ) {
310 >                VCOPY(vsmp, vsrc);      /* jitter query directions */
311 >                if (nsamp > 1) {
312 >                        multisamp(sd, 2, (i + frandom())/(double)nsamp);
313 >                        vsmp[0] += (sd[0] - .5)*sf;
314 >                        vsmp[1] += (sd[1] - .5)*sf;
315 >                        normalize(vsmp);
316 >                }
317 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
318 >                                        /* compute BSDF */
319 >                ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsmp, ndp->sd);
320 >                if (ec)
321 >                        goto baderror;
322 >                if (sv.cieY - diffY <= FTINY)
323 >                        continue;       /* no specular part */
324 >                                        /* check for variable resolution */
325 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega2, vjit, vsmp, SDqueryMin, ndp->sd);
326 >                if (ec)
327 >                        goto baderror;
328 >                if (tomega2 < .12*tomega)
329 >                        continue;       /* not safe to include */
330 >                cvt_sdcolor(csmp, &sv);
331 > #if 0
332 >                if (sf < 2.5*tsr) {     /* weight by BSDF for small sources */
333 >                        scalecolor(csmp, sv.cieY);
334 >                        wtot += sv.cieY;
335 >                } else
336 > #endif
337 >                wtot += 1.;
338 >                addcolor(cval, csmp);
339 >        }
340 >        if (wtot <= FTINY)              /* no valid specular samples? */
341 >                return(0);
342 >
343 >        sf = 1./wtot;                   /* weighted average BSDF */
344 >        scalecolor(cval, sf);
345 >                                        /* subtract diffuse contribution */
346 >        for (i = 3*(diffY > FTINY); i--; )
347 >                if ((colval(cval,i) -= colval(cdiff,i)) < 0)
348 >                        colval(cval,i) = 0;
349 >        return(1);
350 > baderror:
351 >        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
352 >        return(0);                      /* gratis return */
353 > }
354 >
355 > /* Compute source contribution for BSDF (reflected & transmitted) */
356 > static void
357 > dir_bsdf(
358          COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
359          void  *nnp,                     /* material data */
360          FVECT  ldir,                    /* light source direction */
361          double  omega                   /* light source size */
362   )
363   {
364 <        BSDFDAT         *np = nnp;
77 <        SDError         ec;
78 <        SDValue         sv;
79 <        FVECT           vout;
364 >        BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
365          double          ldot;
366          double          dtmp;
367          COLOR           ctmp;
368  
369 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
369 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
370  
371          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
372          if ((-FTINY <= ldot) & (ldot <= FTINY))
373                  return;
374  
375 <        if (ldot > .0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
375 >        if (ldot > 0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
376                  /*
377 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
377 >                 *  Compute diffuse reflected component
378                   */
379                  copycolor(ctmp, np->rdiff);
380                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
381                  scalecolor(ctmp, dtmp);
382                  addcolor(cval, ctmp);
383          }
384 <        if (ldot < .0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
384 >        if (ldot < 0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
385                  /*
386 <                 *  Compute added diffuse transmission.
386 >                 *  Compute diffuse transmission
387                   */
388                  copycolor(ctmp, np->tdiff);
389                  dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
390                  scalecolor(ctmp, dtmp);
391                  addcolor(cval, ctmp);
392          }
393 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
394 +                return;         /* specular already in photon map */
395          /*
396 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
396 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
397           */
398 <        if (SDmapDir(vout, np->toloc, ldir) != SDEnone)
398 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
399                  return;
400 <        ec = SDevalBSDF(&sv, vout, np->vinc, np->sd);
114 <        if (ec)
115 <                objerror(np->mp, USER, transSDError(ec));
116 <
117 <        if (sv.cieY <= FTINY)           /* not worth using? */
118 <                return;
119 <        cvt_sdcolor(ctmp, &sv);
120 <        if (ldot > .0) {                /* pattern only diffuse reflection */
121 <                COLOR   ctmp1, ctmp2;
122 <                dtmp = (np->pr->rod > .0) ? np->sd->rLambFront.cieY
123 <                                        : np->sd->rLambBack.cieY;
124 <                dtmp /= PI * sv.cieY;   /* diffuse fraction */
125 <                copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
126 <                scalecolor(ctmp2, dtmp);
127 <                setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
128 <                addcolor(ctmp1, ctmp2);
129 <                multcolor(ctmp, ctmp1); /* apply desaturated pattern */
130 <                dtmp = ldot * omega;
131 <        } else {                        /* full pattern on transmission */
400 >        if (ldot < 0) {         /* pattern for specular transmission */
401                  multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
402                  dtmp = -ldot * omega;
403 +        } else
404 +                dtmp = ldot * omega;
405 +        scalecolor(ctmp, dtmp);
406 +        addcolor(cval, ctmp);
407 + }
408 +
409 + /* Compute source contribution for BSDF (reflected only) */
410 + static void
411 + dir_brdf(
412 +        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
413 +        void  *nnp,                     /* material data */
414 +        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
415 +        double  omega                   /* light source size */
416 + )
417 + {
418 +        BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
419 +        double          ldot;
420 +        double          dtmp;
421 +        COLOR           ctmp, ctmp1, ctmp2;
422 +
423 +        setcolor(cval,  0, 0, 0);
424 +
425 +        ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
426 +        
427 +        if (ldot <= FTINY)
428 +                return;
429 +
430 +        if (bright(np->rdiff) > FTINY) {
431 +                /*
432 +                 *  Compute diffuse reflected component
433 +                 */
434 +                copycolor(ctmp, np->rdiff);
435 +                dtmp = ldot * omega * (1./PI);
436 +                scalecolor(ctmp, dtmp);
437 +                addcolor(cval, ctmp);
438          }
439 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
440 +                return;         /* specular already in photon map */
441 +        /*
442 +         *  Compute specular reflection coefficient using BSDF
443 +         */
444 +        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
445 +                return;
446 +        dtmp = ldot * omega;
447          scalecolor(ctmp, dtmp);
448          addcolor(cval, ctmp);
449   }
450  
451 + /* Compute source contribution for BSDF (transmitted only) */
452 + static void
453 + dir_btdf(
454 +        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
455 +        void  *nnp,                     /* material data */
456 +        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
457 +        double  omega                   /* light source size */
458 + )
459 + {
460 +        BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
461 +        double          ldot;
462 +        double          dtmp;
463 +        COLOR           ctmp;
464 +
465 +        setcolor(cval,  0, 0, 0);
466 +
467 +        ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
468 +
469 +        if (ldot >= -FTINY)
470 +                return;
471 +
472 +        if (bright(np->tdiff) > FTINY) {
473 +                /*
474 +                 *  Compute diffuse transmission
475 +                 */
476 +                copycolor(ctmp, np->tdiff);
477 +                dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
478 +                scalecolor(ctmp, dtmp);
479 +                addcolor(cval, ctmp);
480 +        }
481 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
482 +                return;         /* specular already in photon map */
483 +        /*
484 +         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
485 +         */
486 +        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
487 +                return;
488 +                                        /* full pattern on transmission */
489 +        multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
490 +        dtmp = -ldot * omega;
491 +        scalecolor(ctmp, dtmp);
492 +        addcolor(cval, ctmp);
493 + }
494 +
495   /* Sample separate BSDF component */
496   static int
497 < sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usepat)
497 > sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit)
498   {
499 <        int     nstarget = 1;
500 <        int     nsent = 0;
501 <        SDError ec;
502 <        SDValue bsv;
503 <        double  sthick;
504 <        FVECT   vout;
505 <        RAY     sr;
506 <        int     ntrials;
499 >        const int       hasthru = (xmit &&
500 >                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
501 >                                        && bright(ndp->cthru) > FTINY);
502 >        int             nstarget = 1;
503 >        int             nsent = 0;
504 >        int             n;
505 >        SDError         ec;
506 >        SDValue         bsv;
507 >        double          xrand;
508 >        FVECT           vsmp, vinc;
509 >        RAY             sr;
510                                                  /* multiple samples? */
511          if (specjitter > 1.5) {
512                  nstarget = specjitter*ndp->pr->rweight + .5;
513 <                if (nstarget < 1)
155 <                        nstarget = 1;
513 >                nstarget += !nstarget;
514          }
515 <                                                /* run through our trials */
516 <        for (ntrials = 0; nsent < nstarget && ntrials < 9*nstarget; ntrials++) {
517 <                SDerrorDetail[0] = '\0';
518 <                                                /* sample direction & coef. */
519 <                ec = SDsampComponent(&bsv, vout, ndp->vinc,
520 <                                ntrials ? frandom()
521 <                                        : urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx),
522 <                                                dcp);
515 >                                                /* run through our samples */
516 >        for (n = 0; n < nstarget; n++) {
517 >                if (nstarget == 1) {            /* stratify random variable */
518 >                        xrand = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
519 >                        if (specjitter < 1.)
520 >                                xrand = .5 + specjitter*(xrand-.5);
521 >                } else {
522 >                        xrand = (n + frandom())/(double)nstarget;
523 >                }
524 >                SDerrorDetail[0] = '\0';        /* sample direction & coef. */
525 >                bsdf_jitter(vsmp, ndp, ndp->sr_vpsa[0]);
526 >                VCOPY(vinc, vsmp);              /* to compare after */
527 >                ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, xrand, dcp);
528                  if (ec)
529                          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
530 <                                                /* zero component? */
168 <                if (bsv.cieY <= FTINY)
530 >                if (bsv.cieY <= FTINY)          /* zero component? */
531                          break;
532 <                                                /* map vector to world */
533 <                if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vout) != SDEnone)
532 >                if (hasthru) {                  /* check for view ray */
533 >                        double  dx = vinc[0] + vsmp[0];
534 >                        double  dy = vinc[1] + vsmp[1];
535 >                        if (dx*dx + dy*dy <= ndp->sr_vpsa[0]*ndp->sr_vpsa[0])
536 >                                continue;       /* exclude view sample */
537 >                }
538 >                                                /* map non-view sample->world */
539 >                if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vsmp) != SDEnone)
540                          break;
173                                                /* unintentional penetration? */
174                if (DOT(sr.rdir, ndp->pr->ron) > .0 ^ vout[2] > .0)
175                        continue;
541                                                  /* spawn a specular ray */
542                  if (nstarget > 1)
543                          bsv.cieY /= (double)nstarget;
544 <                cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use color */
545 <                if (usepat)                     /* pattern on transmission */
544 >                cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use sample color */
545 >                if (xmit)                       /* apply pattern on transmit */
546                          multcolor(sr.rcoef, ndp->pr->pcol);
547                  if (rayorigin(&sr, SPECULAR, ndp->pr, sr.rcoef) < 0) {
548 <                        if (maxdepth  > 0)
549 <                                break;
550 <                        ++nsent;                /* Russian roulette victim */
551 <                        continue;
548 >                        if (!n & (nstarget > 1)) {
549 >                                n = nstarget;   /* avoid infinitue loop */
550 >                                nstarget = nstarget*sr.rweight/minweight;
551 >                                if (n == nstarget) break;
552 >                                n = -1;         /* moved target */
553 >                        }
554 >                        continue;               /* try again */
555                  }
556 <                                                /* need to move origin? */
557 <                sthick = (ndp->pr->rod > .0) ? -ndp->thick : ndp->thick;
190 <                if (sthick < .0 ^ vout[2] > .0)
191 <                        VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, sthick);
192 <
556 >                if (xmit && ndp->thick != 0)    /* need to offset origin? */
557 >                        VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, -ndp->thick);
558                  rayvalue(&sr);                  /* send & evaluate sample */
559                  multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
560                  addcolor(ndp->pr->rcol, sr.rcol);
# Line 202 | Line 567 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usep
567   static int
568   sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
569   {
570 +        int             hasthru = (sflags == SDsampSpT &&
571 +                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
572 +                                        && bright(ndp->cthru) > FTINY);
573          int             n, ntotal = 0;
574 +        double          b = 0;
575          SDSpectralDF    *dfp;
576          COLORV          *unsc;
577  
578          if (sflags == SDsampSpT) {
579                  unsc = ndp->tunsamp;
580 <                dfp = ndp->sd->tf;
581 <                cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->tLamb);
580 >                if (ndp->pr->rod > 0)
581 >                        dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
582 >                else
583 >                        dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
584          } else /* sflags == SDsampSpR */ {
585                  unsc = ndp->runsamp;
586 <                if (ndp->pr->rod > .0) {
586 >                if (ndp->pr->rod > 0)
587                          dfp = ndp->sd->rf;
588 <                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambFront);
218 <                } else {
588 >                else
589                          dfp = ndp->sd->rb;
220                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambBack);
221                }
590          }
591 <        multcolor(unsc, ndp->pr->pcol);
591 >        setcolor(unsc,  0, 0, 0);
592          if (dfp == NULL)                        /* no specular component? */
593                  return(0);
594 <                                                /* below sampling threshold? */
595 <        if (dfp->maxHemi <= specthresh+FTINY) {
596 <                if (dfp->maxHemi > FTINY) {     /* XXX no color from BSDF! */
597 <                        double  d = SDdirectHemi(ndp->vinc, sflags, ndp->sd);
598 <                        COLOR   ctmp;
594 >
595 >        if (hasthru) {                          /* separate view sample? */
596 >                RAY     tr;
597 >                if (rayorigin(&tr, TRANS, ndp->pr, ndp->cthru) == 0) {
598 >                        VCOPY(tr.rdir, ndp->pr->rdir);
599 >                        rayvalue(&tr);
600 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
601 >                        addcolor(ndp->pr->rcol, tr.rcol);
602 >                        ndp->pr->rxt = ndp->pr->rot + raydistance(&tr);
603 >                        ++ntotal;
604 >                        b = bright(ndp->cthru);
605 >                } else
606 >                        hasthru = 0;
607 >        }
608 >        if (dfp->maxHemi - b <= FTINY) {        /* have specular to sample? */
609 >                b = 0;
610 >        } else {
611 >                FVECT   vjit;
612 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
613 >                b = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd) - b;
614 >                if (b < 0) b = 0;
615 >        }
616 >        if (b <= specthresh+FTINY) {            /* below sampling threshold? */
617 >                if (b > FTINY) {                /* XXX no color from BSDF */
618                          if (sflags == SDsampSpT) {
619 <                                copycolor(ctmp, ndp->pr->pcol);
620 <                                scalecolor(ctmp, d);
619 >                                copycolor(unsc, ndp->pr->pcol);
620 >                                scalecolor(unsc, b);
621                          } else                  /* no pattern on reflection */
622 <                                setcolor(ctmp, d, d, d);
236 <                        addcolor(unsc, ctmp);
622 >                                setcolor(unsc, b, b, b);
623                  }
624 <                return(0);
624 >                return(ntotal);
625          }
626 <                                                /* else need to sample */
627 <        dimlist[ndims++] = (int)(size_t)ndp->mp;
242 <        ndims++;
626 >        dimlist[ndims] = (int)(size_t)ndp->mp;  /* else sample specular */
627 >        ndims += 2;
628          for (n = dfp->ncomp; n--; ) {           /* loop over components */
629                  dimlist[ndims-1] = n + 9438;
630                  ntotal += sample_sdcomp(ndp, &dfp->comp[n], sflags==SDsampSpT);
# Line 252 | Line 637 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
637   int
638   m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
639   {
640 +        int     hasthick = (m->otype == MAT_BSDF);
641 +        int     hitfront;
642          COLOR   ctmp;
643          SDError ec;
644 <        FVECT   upvec, outVec;
644 >        FVECT   upvec, vtmp;
645          MFUNC   *mf;
646          BSDFDAT nd;
647                                                  /* check arguments */
648 <        if ((m->oargs.nsargs < 6) | (m->oargs.nfargs > 9) |
648 >        if ((m->oargs.nsargs < hasthick+5) | (m->oargs.nfargs > 9) |
649                                  (m->oargs.nfargs % 3))
650                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
651 <
652 <                                                /* get BSDF data */
266 <        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[1]);
651 >                                                /* record surface struck */
652 >        hitfront = (r->rod > 0);
653                                                  /* load cal file */
654 <        mf = getfunc(m, 5, 0x1d, 1);
655 <                                                /* get thickness */
656 <        nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
657 <        if (nd.thick < .0)
658 <                nd.thick = .0;
659 <                                                /* check shadow */
660 <        if (r->crtype & SHADOW) {
661 <                SDfreeCache(nd.sd);
276 <                if (nd.thick > FTINY && nd.sd->tf != NULL &&
277 <                                nd.sd->tf->maxHemi > FTINY)
278 <                        raytrans(r);            /* pass-through */
279 <                return(1);                      /* else shadow */
654 >        mf = hasthick   ? getfunc(m, 5, 0x1d, 1)
655 >                        : getfunc(m, 4, 0xe, 1) ;
656 >        setfunc(m, r);
657 >        nd.thick = 0;                           /* set thickness */
658 >        if (hasthick) {
659 >                nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
660 >                if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
661 >                        nd.thick = 0;
662          }
663 <                                                /* check unscattered ray */
664 <        if (!(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) && nd.thick > FTINY &&
665 <                        nd.sd->tf != NULL && nd.sd->tf->maxHemi > FTINY) {
663 >                                                /* check backface visibility */
664 >        if (!hitfront & !backvis) {
665 >                raytrans(r);
666 >                return(1);
667 >        }
668 >                                                /* check other rays to pass */
669 >        if (nd.thick != 0 && (r->crtype & SHADOW ||
670 >                                !(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
671 >                                (nd.thick > 0) ^ hitfront)) {
672 >                raytrans(r);                    /* hide our proxy */
673 >                return(1);
674 >        }
675 >        if (hasthick && r->crtype & SHADOW)     /* early shadow check #1 */
676 >                return(1);
677 >        nd.mp = m;
678 >        nd.pr = r;
679 >                                                /* get BSDF data */
680 >        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[hasthick]);
681 >                                                /* early shadow check #2 */
682 >        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL)) {
683                  SDfreeCache(nd.sd);
285                raytrans(r);                    /* pass-through */
684                  return(1);
685          }
686                                                  /* diffuse reflectance */
687 <        if (r->rod > .0) {
688 <                if (m->oargs.nfargs < 3)
689 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
690 <                else
293 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
687 >        if (hitfront) {
688 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
689 >                if (m->oargs.nfargs >= 3) {
690 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[0],
691                                          m->oargs.farg[1],
692                                          m->oargs.farg[2]);
693 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
694 +                }
695          } else {
696 <                if (m->oargs.nfargs < 6) {      /* check invisible backside */
697 <                        if (!backvis && (nd.sd->rb == NULL ||
698 <                                                nd.sd->rb->maxHemi <= FTINY) &&
300 <                                        (nd.sd->tf == NULL ||
301 <                                                nd.sd->tf->maxHemi <= FTINY)) {
302 <                                SDfreeCache(nd.sd);
303 <                                raytrans(r);
304 <                                return(1);
305 <                        }
306 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
307 <                } else
308 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
696 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambBack);
697 >                if (m->oargs.nfargs >= 6) {
698 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[3],
699                                          m->oargs.farg[4],
700                                          m->oargs.farg[5]);
701 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
702 +                }
703          }
704                                                  /* diffuse transmittance */
705 <        if (m->oargs.nfargs < 9)
706 <                setcolor(nd.tdiff, .0, .0, .0);
707 <        else
316 <                setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
705 >        cvt_sdcolor(nd.tdiff, hitfront ? &nd.sd->tLambFront : &nd.sd->tLambBack);
706 >        if (m->oargs.nfargs >= 9) {
707 >                setcolor(ctmp, m->oargs.farg[6],
708                                  m->oargs.farg[7],
709                                  m->oargs.farg[8]);
710 <        nd.mp = m;
711 <        nd.pr = r;
710 >                addcolor(nd.tdiff, ctmp);
711 >        }
712                                                  /* get modifiers */
713          raytexture(r, m->omod);
323        if (bright(r->pcol) <= FTINY) {         /* black pattern?! */
324                SDfreeCache(nd.sd);
325                return(1);
326        }
714                                                  /* modify diffuse values */
715          multcolor(nd.rdiff, r->pcol);
716          multcolor(nd.tdiff, r->pcol);
717                                                  /* get up vector */
718 <        upvec[0] = evalue(mf->ep[1]);
719 <        upvec[1] = evalue(mf->ep[2]);
720 <        upvec[2] = evalue(mf->ep[3]);
718 >        upvec[0] = evalue(mf->ep[hasthick+0]);
719 >        upvec[1] = evalue(mf->ep[hasthick+1]);
720 >        upvec[2] = evalue(mf->ep[hasthick+2]);
721                                                  /* return to world coords */
722 <        if (mf->f != &unitxf) {
723 <                multv3(upvec, upvec, mf->f->xfm);
724 <                nd.thick *= mf->f->sca;
722 >        if (mf->fxp != &unitxf) {
723 >                multv3(upvec, upvec, mf->fxp->xfm);
724 >                nd.thick *= mf->fxp->sca;
725          }
726 +        if (r->rox != NULL) {
727 +                multv3(upvec, upvec, r->rox->f.xfm);
728 +                nd.thick *= r->rox->f.sca;
729 +        }
730          raynormal(nd.pnorm, r);
731                                                  /* compute local BSDF xform */
732          ec = SDcompXform(nd.toloc, nd.pnorm, upvec);
733          if (!ec) {
734 <                nd.vinc[0] = -r->rdir[0];
735 <                nd.vinc[1] = -r->rdir[1];
736 <                nd.vinc[2] = -r->rdir[2];
737 <                ec = SDmapDir(nd.vinc, nd.toloc, nd.vinc);
734 >                nd.vray[0] = -r->rdir[0];
735 >                nd.vray[1] = -r->rdir[1];
736 >                nd.vray[2] = -r->rdir[2];
737 >                ec = SDmapDir(nd.vray, nd.toloc, nd.vray);
738          }
348        if (!ec)
349                ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
739          if (ec) {
740 <                objerror(m, WARNING, transSDError(ec));
740 >                objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
741                  SDfreeCache(nd.sd);
742                  return(1);
743          }
744 <        if (r->rod < .0) {                      /* perturb normal towards hit */
744 >        setcolor(nd.cthru, 0, 0, 0);            /* consider through component */
745 >        setcolor(nd.cthru_surr, 0, 0, 0);
746 >        if (m->otype == MAT_ABSDF) {
747 >                compute_through(&nd);
748 >                if (r->crtype & SHADOW) {
749 >                        RAY     tr;             /* attempt to pass shadow ray */
750 >                        SDfreeCache(nd.sd);
751 >                        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
752 >                                return(1);      /* no through component */
753 >                        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
754 >                        rayvalue(&tr);          /* transmit with scaling */
755 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
756 >                        copycolor(r->rcol, tr.rcol);
757 >                        return(1);              /* we're done */
758 >                }
759 >        }
760 >        ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
761 >        if (!ec)                                /* determine BSDF resolution */
762 >                ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL,
763 >                                        SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
764 >        if (ec)
765 >                objerror(m, USER, transSDError(ec));
766 >
767 >        nd.sr_vpsa[0] = sqrt(nd.sr_vpsa[0]);
768 >        nd.sr_vpsa[1] = sqrt(nd.sr_vpsa[1]);
769 >        if (!hitfront) {                        /* perturb normal towards hit */
770                  nd.pnorm[0] = -nd.pnorm[0];
771                  nd.pnorm[1] = -nd.pnorm[1];
772                  nd.pnorm[2] = -nd.pnorm[2];
# Line 364 | Line 778 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
778                                                  /* compute indirect diffuse */
779          copycolor(ctmp, nd.rdiff);
780          addcolor(ctmp, nd.runsamp);
781 <        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from this side */
782 <                if (r->rod < .0)
781 >        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from reflection */
782 >                if (!hitfront)
783                          flipsurface(r);
784                  multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
785                  addcolor(r->rcol, ctmp);
786 <                if (r->rod < .0)
786 >                if (!hitfront)
787                          flipsurface(r);
788          }
789          copycolor(ctmp, nd.tdiff);
790          addcolor(ctmp, nd.tunsamp);
791          if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from other side */
792                  FVECT  bnorm;
793 <                if (r->rod > .0)
793 >                if (hitfront)
794                          flipsurface(r);
795                  bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
796                  bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
797                  bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
798 <                multambient(ctmp, r, bnorm);
798 >                if (nd.thick != 0) {            /* proxy with offset? */
799 >                        VCOPY(vtmp, r->rop);
800 >                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, nd.thick);
801 >                        multambient(ctmp, r, bnorm);
802 >                        VCOPY(r->rop, vtmp);
803 >                } else
804 >                        multambient(ctmp, r, bnorm);
805                  addcolor(r->rcol, ctmp);
806 <                if (r->rod > .0)
806 >                if (hitfront)
807                          flipsurface(r);
808          }
809                                                  /* add direct component */
810 <        direct(r, dirbsdf, &nd);
810 >        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL) &
811 >                                        (nd.sd->tb == NULL)) {
812 >                direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection only */
813 >        } else if (nd.thick == 0) {
814 >                direct(r, dir_bsdf, &nd);       /* thin surface scattering */
815 >        } else {
816 >                direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection first */
817 >                VCOPY(vtmp, r->rop);            /* offset for transmitted */
818 >                VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, -nd.thick);
819 >                direct(r, dir_btdf, &nd);       /* separate transmission */
820 >                VCOPY(r->rop, vtmp);
821 >        }
822                                                  /* clean up */
823          SDfreeCache(nd.sd);
824          return(1);

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+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines