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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 2.71 by greg, Wed Nov 15 18:02:52 2023 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.
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 +        SCOLOR  cthru;          /* "through" component for MAT_ABSDF */
90 +        SCOLOR  cthru_surr;     /* surround for "through" component */
91          SDData  *sd;            /* loaded BSDF data */
92 <        COLOR   runsamp;        /* BSDF hemispherical reflection */
93 <        COLOR   rdiff;          /* added diffuse reflection */
94 <        COLOR   tunsamp;        /* BSDF hemispherical transmission */
95 <        COLOR   tdiff;          /* added diffuse transmission */
92 >        SCOLOR  rdiff;          /* diffuse reflection */
93 >        SCOLOR  runsamp;        /* BSDF hemispherical reflection */
94 >        SCOLOR  tdiff;          /* diffuse transmission */
95 >        SCOLOR  tunsamp;        /* BSDF hemispherical transmission */
96   }  BSDFDAT;             /* BSDF material data */
97  
98 < #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
98 > #define cvt_sdcolor(scv, svp)   ccy2scolor(&(svp)->spec, (svp)->cieY, scv)
99  
100 < /* Compute source contribution for BSDF */
100 > typedef struct {
101 >        double  vy;             /* brightness (for sorting) */
102 >        FVECT   tdir;           /* through sample direction (normalized) */
103 >        SCOLOR  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(
119 <        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
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 >        PEAKSAMP        psamp[NDIR2CHECK];
134 >        SDSpectralDF    *dfp;
135 >        FVECT           pdir;
136 >        double          tomega, srchrad;
137 >        double          tomsum, tomsurr;
138 >        SCOLOR          vpeak, vsurr, btdiff;
139 >        double          vypeak;
140 >        int             i, ns;
141 >        SDError         ec;
142 >
143 >        if (ndp->pr->rod > 0)
144 >                dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
145 >        else
146 >                dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
147 >
148 >        if (dfp == NULL)
149 >                return;                         /* no specular transmission */
150 >        if (sintens(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
151 >                return;                         /* pattern is black, here */
152 >        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else evaluate peak */
153 >        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
154 >                SDValue sv;
155 >                psamp[i].tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
156 >                psamp[i].tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
157 >                psamp[i].tdir[2] = -ndp->vray[2];
158 >                normalize(psamp[i].tdir);
159 >                ec = SDevalBSDF(&sv, ndp->vray, psamp[i].tdir, ndp->sd);
160 >                if (ec)
161 >                        goto baderror;
162 >                cvt_sdcolor(psamp[i].vcol, &sv);
163 >                psamp[i].vy = sv.cieY;
164 >        }
165 >        qsort(psamp, NDIR2CHECK, sizeof(PEAKSAMP), cmp_psamp);
166 >        if (psamp[0].vy <= FTINY)
167 >                return;                         /* zero BTDF here */
168 >        scolorblack(vpeak);
169 >        scolorblack(vsurr);
170 >        vypeak = tomsum = tomsurr = 0;          /* combine top unique values */
171 >        ns = 0;
172 >        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
173 >                if (i && psamp[i].vy == psamp[i-1].vy)
174 >                        continue;               /* assume duplicate sample */
175 >
176 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, psamp[i].tdir,
177 >                                                SDqueryMin, ndp->sd);
178 >                if (ec)
179 >                        goto baderror;
180 >
181 >                scalescolor(psamp[i].vcol, tomega);
182 >                                                /* not part of peak? */
183 >                if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA ||
184 >                                        vypeak > 8.*psamp[i].vy*ns) {
185 >                        if (!i) return;         /* abort */
186 >                        saddscolor(vsurr, psamp[i].vcol);
187 >                        tomsurr += tomega;
188 >                        continue;
189 >                }
190 >                saddscolor(vpeak, psamp[i].vcol);
191 >                tomsum += tomega;
192 >                vypeak += psamp[i].vy;
193 >                ++ns;
194 >        }
195 >        if (tomsurr < 0.2*tomsum)               /* insufficient surround? */
196 >                return;
197 >        scalescolor(vsurr, 1./tomsurr);         /* surround is avg. BTDF */
198 >        if (ndp->vray[2] > 0)                   /* get diffuse BTDF */
199 >                cvt_sdcolor(btdiff, &ndp->sd->tLambFront);
200 >        else
201 >                cvt_sdcolor(btdiff, &ndp->sd->tLambBack);
202 >        scalescolor(btdiff, (1./PI));
203 >        for (i = NCSAMP; i--; ) {               /* remove diffuse contrib. */
204 >                if ((vpeak[i] -= tomsum*btdiff[i]) < 0)
205 >                        vpeak[i] = 0;
206 >                if ((vsurr[i] -= btdiff[i]) < 0)
207 >                        vsurr[i] = 0;
208 >        }
209 >        if (pbright(vpeak) < .0005)             /* < 0.05% specular? */
210 >                return;
211 >        smultscolor(vsurr, ndp->pr->pcol);      /* modify by pattern */
212 >        smultscolor(vpeak, ndp->pr->pcol);
213 >        copyscolor(ndp->cthru_surr, vsurr);
214 >        copyscolor(ndp->cthru, vpeak);
215 >        return;
216 > baderror:
217 >        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
218 > #undef NDIR2CHECK
219 > }
220 >
221 > /* Jitter ray sample according to projected solid angle and specjitter */
222 > static void
223 > bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
224 > {
225 >        VCOPY(vres, ndp->vray);
226 >        if (specjitter < 1.)
227 >                sr_psa *= specjitter;
228 >        if (sr_psa <= FTINY)
229 >                return;
230 >        vres[0] += sr_psa*(.5 - frandom());
231 >        vres[1] += sr_psa*(.5 - frandom());
232 >        normalize(vres);
233 > }
234 >
235 > /* Get BSDF specular for direct component, returning true if OK to proceed */
236 > static int
237 > direct_specular_OK(SCOLOR scval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
238 > {
239 >        int     nsamp = 1;
240 >        int     scnt = 0;
241 >        FVECT   vsrc, vjit;
242 >        double  tomega, tomega2;
243 >        double  tsr, sd[2];
244 >        SCOLOR  csmp, cdiff;
245 >        double  diffY;
246 >        SDValue sv;
247 >        SDError ec;
248 >        int     i;
249 >                                        /* in case we fail */
250 >        scolorblack(scval);
251 >                                        /* transform source direction */
252 >        if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
253 >                return(0);
254 >                                        /* check indirect over-counting */
255 >        if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && sintens(ndp->cthru) > FTINY) {
256 >                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
257 >                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
258 >                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
259 >                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
260 >                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
261 >
262 >                tomega = omega*fabs(vsrc[2]);
263 >                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(tomega + dfp->minProjSA +
264 >                                                2.*sqrt(tomega*dfp->minProjSA))) {
265 >                        if (sintens(ndp->cthru_surr) <= FTINY)
266 >                                return(0);
267 >                        copyscolor(scval, ndp->cthru_surr);
268 >                        return(1);      /* return non-zero surround BTDF */
269 >                }
270 >        }
271 >                                        /* will discount diffuse portion */
272 >        switch ((vsrc[2] > 0)<<1 | (ndp->vray[2] > 0)) {
273 >        case 3:
274 >                if (ndp->sd->rf == NULL)
275 >                        return(0);      /* all diffuse */
276 >                sv = ndp->sd->rLambFront;
277 >                break;
278 >        case 0:
279 >                if (ndp->sd->rb == NULL)
280 >                        return(0);      /* all diffuse */
281 >                sv = ndp->sd->rLambBack;
282 >                break;
283 >        case 1:
284 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
285 >                        return(0);      /* all diffuse */
286 >                sv = ndp->sd->tLambFront;
287 >                break;
288 >        case 2:
289 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
290 >                        return(0);      /* all diffuse */
291 >                sv = ndp->sd->tLambBack;
292 >                break;
293 >        }
294 >        if (sv.cieY > FTINY) {
295 >                diffY = sv.cieY *= 1./PI;
296 >                cvt_sdcolor(cdiff, &sv);
297 >        } else {
298 >                diffY = 0;
299 >                scolorblack(cdiff);
300 >        }
301 >        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
302 >        if (ec)
303 >                goto baderror;
304 >                                        /* check if sampling BSDF */
305 >        if ((tsr = sqrt(tomega)) > 0) {
306 >                nsamp = 4.*specjitter*ndp->pr->rweight + .5;
307 >                nsamp += !nsamp;
308 >        }
309 >                                        /* jitter to fuzz BSDF cells */
310 >        for (i = nsamp; i--; ) {
311 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
312 >                                        /* compute BSDF */
313 >                ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsrc, ndp->sd);
314 >                if (ec)
315 >                        goto baderror;
316 >                if (sv.cieY - diffY <= FTINY)
317 >                        continue;       /* no specular part */
318 >                                        /* check for variable resolution */
319 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega2, vjit, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
320 >                if (ec)
321 >                        goto baderror;
322 >                if (tomega2 < .12*tomega)
323 >                        continue;       /* not safe to include */
324 >                cvt_sdcolor(csmp, &sv);
325 >                saddscolor(scval, csmp);
326 >                ++scnt;
327 >        }
328 >        if (!scnt)                      /* no valid specular samples? */
329 >                return(0);
330 >
331 >        scalescolor(scval, 1./scnt);    /* weighted average BSDF */
332 >                                        /* subtract diffuse contribution */
333 >        for (i = NCSAMP*(diffY > FTINY); i--; )
334 >                if ((scval[i] -= cdiff[i]) < 0)
335 >                        scval[i] = 0;
336 >        return(1);
337 > baderror:
338 >        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
339 >        return(0);                      /* gratis return */
340 > }
341 >
342 > /* Compute source contribution for BSDF (reflected & transmitted) */
343 > static void
344 > dir_bsdf(
345 >        SCOLOR  scval,                  /* returned coefficient */
346          void  *nnp,                     /* material data */
347          FVECT  ldir,                    /* light source direction */
348          double  omega                   /* light source size */
349   )
350   {
351 <        BSDFDAT         *np = nnp;
77 <        SDError         ec;
78 <        SDValue         sv;
79 <        FVECT           vout;
351 >        BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
352          double          ldot;
353          double          dtmp;
354 <        COLOR           ctmp;
354 >        SCOLOR          sctmp;
355  
356 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
356 >        scolorblack(scval);
357  
358          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
359          if ((-FTINY <= ldot) & (ldot <= FTINY))
360                  return;
361  
362 <        if (ldot > .0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
362 >        if (ldot > 0 && sintens(np->rdiff) > FTINY) {
363                  /*
364 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
364 >                 *  Compute diffuse reflected component
365                   */
366 <                copycolor(ctmp, np->rdiff);
366 >                copyscolor(sctmp, np->rdiff);
367                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
368 <                scalecolor(ctmp, dtmp);
369 <                addcolor(cval, ctmp);
368 >                scalescolor(sctmp, dtmp);
369 >                saddscolor(scval, sctmp);
370          }
371 <        if (ldot < .0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
371 >        if (ldot < 0 && sintens(np->tdiff) > FTINY) {
372                  /*
373 <                 *  Compute added diffuse transmission.
373 >                 *  Compute diffuse transmission
374                   */
375 <                copycolor(ctmp, np->tdiff);
376 <                dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
377 <                scalecolor(ctmp, dtmp);
378 <                addcolor(cval, ctmp);
375 >                copyscolor(sctmp, np->tdiff);
376 >                dtmp = -ldot * omega * (1./PI);
377 >                scalescolor(sctmp, dtmp);
378 >                saddscolor(scval, sctmp);
379          }
380 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
381 +                return;         /* specular already in photon map */
382          /*
383 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
383 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
384           */
385 <        if (SDmapDir(vout, np->toloc, ldir) != SDEnone)
385 >        if (!direct_specular_OK(sctmp, ldir, omega, np))
386                  return;
387 <        ec = SDevalBSDF(&sv, vout, np->vinc, np->sd);
388 <        if (ec)
389 <                objerror(np->mp, USER, transSDError(ec));
387 >        if (ldot < 0) {         /* pattern for specular transmission */
388 >                smultscolor(sctmp, np->pr->pcol);
389 >                dtmp = -ldot * omega;
390 >        } else
391 >                dtmp = ldot * omega;
392 >        scalescolor(sctmp, dtmp);
393 >        saddscolor(scval, sctmp);
394 > }
395  
396 <        if (sv.cieY <= FTINY)           /* not worth using? */
396 > /* Compute source contribution for BSDF (reflected only) */
397 > static void
398 > dir_brdf(
399 >        SCOLOR  scval,                  /* returned coefficient */
400 >        void  *nnp,                     /* material data */
401 >        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
402 >        double  omega                   /* light source size */
403 > )
404 > {
405 >        BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
406 >        double          ldot;
407 >        double          dtmp;
408 >        SCOLOR          sctmp;
409 >
410 >        scolorblack(scval);
411 >
412 >        ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
413 >        
414 >        if (ldot <= FTINY)
415                  return;
416 <        cvt_sdcolor(ctmp, &sv);
417 <        if (ldot > .0) {                /* pattern only diffuse reflection */
418 <                COLOR   ctmp1, ctmp2;
419 <                dtmp = (np->pr->rod > .0) ? np->sd->rLambFront.cieY
420 <                                        : np->sd->rLambBack.cieY;
421 <                dtmp /= PI * sv.cieY;   /* diffuse fraction */
422 <                copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
423 <                scalecolor(ctmp2, dtmp);
424 <                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 */
132 <                multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
133 <                dtmp = -ldot * omega;
416 >
417 >        if (sintens(np->rdiff) > FTINY) {
418 >                /*
419 >                 *  Compute diffuse reflected component
420 >                 */
421 >                copyscolor(sctmp, np->rdiff);
422 >                dtmp = ldot * omega * (1./PI);
423 >                scalescolor(sctmp, dtmp);
424 >                saddscolor(scval, sctmp);
425          }
426 <        scalecolor(ctmp, dtmp);
427 <        addcolor(cval, ctmp);
426 >        if (ambRayInPmap(np->pr))
427 >                return;         /* specular already in photon map */
428 >        /*
429 >         *  Compute specular reflection coefficient using BSDF
430 >         */
431 >        if (!direct_specular_OK(sctmp, ldir, omega, np))
432 >                return;
433 >        dtmp = ldot * omega;
434 >        scalescolor(sctmp, dtmp);
435 >        saddscolor(scval, sctmp);
436   }
437  
438 + /* Compute source contribution for BSDF (transmitted only) */
439 + static void
440 + dir_btdf(
441 +        SCOLOR  scval,                  /* returned coefficient */
442 +        void  *nnp,                     /* material data */
443 +        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
444 +        double  omega                   /* light source size */
445 + )
446 + {
447 +        BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
448 +        double          ldot;
449 +        double          dtmp;
450 +        SCOLOR          sctmp;
451 +
452 +        scolorblack(scval);
453 +
454 +        ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
455 +
456 +        if (ldot >= -FTINY)
457 +                return;
458 +
459 +        if (sintens(np->tdiff) > FTINY) {
460 +                /*
461 +                 *  Compute diffuse transmission
462 +                 */
463 +                copyscolor(sctmp, np->tdiff);
464 +                dtmp = -ldot * omega * (1./PI);
465 +                scalescolor(sctmp, dtmp);
466 +                saddscolor(scval, sctmp);
467 +        }
468 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
469 +                return;         /* specular already in photon map */
470 +        /*
471 +         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
472 +         */
473 +        if (!direct_specular_OK(sctmp, ldir, omega, np))
474 +                return;
475 +                                        /* full pattern on transmission */
476 +        smultscolor(sctmp, np->pr->pcol);
477 +        dtmp = -ldot * omega;
478 +        scalescolor(sctmp, dtmp);
479 +        saddscolor(scval, sctmp);
480 + }
481 +
482   /* Sample separate BSDF component */
483   static int
484 < sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usepat)
484 > sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit)
485   {
486 <        int     nstarget = 1;
487 <        int     nsent = 0;
488 <        SDError ec;
489 <        SDValue bsv;
490 <        double  sthick;
491 <        FVECT   vout;
492 <        RAY     sr;
493 <        int     ntrials;
486 >        const int       hasthru = (xmit &&
487 >                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
488 >                                        && sintens(ndp->cthru) > FTINY);
489 >        int             nstarget = 1;
490 >        int             nsent = 0;
491 >        int             n;
492 >        SDError         ec;
493 >        SDValue         bsv;
494 >        double          xrand;
495 >        FVECT           vsmp, vinc;
496 >        RAY             sr;
497                                                  /* multiple samples? */
498          if (specjitter > 1.5) {
499                  nstarget = specjitter*ndp->pr->rweight + .5;
500 <                if (nstarget < 1)
155 <                        nstarget = 1;
500 >                nstarget += !nstarget;
501          }
502 <                                                /* run through our trials */
503 <        for (ntrials = 0; nsent < nstarget && ntrials < 9*nstarget; ntrials++) {
504 <                SDerrorDetail[0] = '\0';
505 <                                                /* sample direction & coef. */
506 <                ec = SDsampComponent(&bsv, vout, ndp->vinc,
507 <                                ntrials ? frandom()
508 <                                        : urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx),
509 <                                                dcp);
502 >                                                /* run through our samples */
503 >        for (n = 0; n < nstarget; n++) {
504 >                if (nstarget == 1) {            /* stratify random variable */
505 >                        xrand = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
506 >                        if (specjitter < 1.)
507 >                                xrand = .5 + specjitter*(xrand-.5);
508 >                } else {
509 >                        xrand = (n + frandom())/(double)nstarget;
510 >                }
511 >                SDerrorDetail[0] = '\0';        /* sample direction & coef. */
512 >                bsdf_jitter(vsmp, ndp, ndp->sr_vpsa[0]);
513 >                VCOPY(vinc, vsmp);              /* to compare after */
514 >                ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, xrand, dcp);
515                  if (ec)
516                          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
517 <                                                /* zero component? */
168 <                if (bsv.cieY <= FTINY)
517 >                if (bsv.cieY <= FTINY)          /* zero component? */
518                          break;
519 <                                                /* map vector to world */
520 <                if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vout) != SDEnone)
519 >                if (hasthru) {                  /* check for view ray */
520 >                        double  dx = vinc[0] + vsmp[0];
521 >                        double  dy = vinc[1] + vsmp[1];
522 >                        if (dx*dx + dy*dy <= ndp->sr_vpsa[0]*ndp->sr_vpsa[0])
523 >                                continue;       /* exclude view sample */
524 >                }
525 >                                                /* map non-view sample->world */
526 >                if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vsmp) != SDEnone)
527                          break;
173                                                /* unintentional penetration? */
174                if (DOT(sr.rdir, ndp->pr->ron) > .0 ^ vout[2] > .0)
175                        continue;
528                                                  /* spawn a specular ray */
529                  if (nstarget > 1)
530                          bsv.cieY /= (double)nstarget;
531 <                cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use color */
532 <                if (usepat)                     /* pattern on transmission */
533 <                        multcolor(sr.rcoef, ndp->pr->pcol);
531 >                cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use sample color */
532 >                if (xmit)                       /* apply pattern on transmit */
533 >                        smultscolor(sr.rcoef, ndp->pr->pcol);
534                  if (rayorigin(&sr, SPECULAR, ndp->pr, sr.rcoef) < 0) {
535 <                        if (maxdepth  > 0)
536 <                                break;
537 <                        ++nsent;                /* Russian roulette victim */
538 <                        continue;
535 >                        if (!n & (nstarget > 1)) {
536 >                                n = nstarget;   /* avoid infinitue loop */
537 >                                nstarget = nstarget*sr.rweight/minweight;
538 >                                if (n == nstarget) break;
539 >                                n = -1;         /* moved target */
540 >                        }
541 >                        continue;               /* try again */
542                  }
543 <                                                /* need to move origin? */
544 <                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 <
543 >                if (xmit && ndp->thick != 0)    /* need to offset origin? */
544 >                        VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, -ndp->thick);
545                  rayvalue(&sr);                  /* send & evaluate sample */
546 <                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
547 <                addcolor(ndp->pr->rcol, sr.rcol);
546 >                smultscolor(sr.rcol, sr.rcoef);
547 >                saddscolor(ndp->pr->rcol, sr.rcol);
548                  ++nsent;
549          }
550          return(nsent);
# Line 202 | Line 554 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usep
554   static int
555   sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
556   {
557 +        int             hasthru = (sflags == SDsampSpT &&
558 +                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
559 +                                        && sintens(ndp->cthru) > FTINY);
560          int             n, ntotal = 0;
561 +        double          b = 0;
562          SDSpectralDF    *dfp;
563          COLORV          *unsc;
564  
565          if (sflags == SDsampSpT) {
566                  unsc = ndp->tunsamp;
567 <                dfp = ndp->sd->tf;
568 <                cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->tLamb);
567 >                if (ndp->pr->rod > 0)
568 >                        dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
569 >                else
570 >                        dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
571          } else /* sflags == SDsampSpR */ {
572                  unsc = ndp->runsamp;
573 <                if (ndp->pr->rod > .0) {
573 >                if (ndp->pr->rod > 0)
574                          dfp = ndp->sd->rf;
575 <                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambFront);
218 <                } else {
575 >                else
576                          dfp = ndp->sd->rb;
220                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambBack);
221                }
577          }
578 <        multcolor(unsc, ndp->pr->pcol);
578 >        scolorblack(unsc);
579          if (dfp == NULL)                        /* no specular component? */
580                  return(0);
581 <                                                /* below sampling threshold? */
582 <        if (dfp->maxHemi <= specthresh+FTINY) {
583 <                if (dfp->maxHemi > FTINY) {     /* XXX no color from BSDF! */
584 <                        double  d = SDdirectHemi(ndp->vinc, sflags, ndp->sd);
585 <                        COLOR   ctmp;
581 >
582 >        if (hasthru) {                          /* separate view sample? */
583 >                RAY     tr;
584 >                if (rayorigin(&tr, TRANS, ndp->pr, ndp->cthru) == 0) {
585 >                        VCOPY(tr.rdir, ndp->pr->rdir);
586 >                        rayvalue(&tr);
587 >                        smultscolor(tr.rcol, tr.rcoef);
588 >                        saddscolor(ndp->pr->rcol, tr.rcol);
589 >                        ndp->pr->rxt = ndp->pr->rot + raydistance(&tr);
590 >                        ++ntotal;
591 >                        b = pbright(ndp->cthru);
592 >                } else
593 >                        hasthru = 0;
594 >        }
595 >        if (dfp->maxHemi - b <= FTINY) {        /* have specular to sample? */
596 >                b = 0;
597 >        } else {
598 >                FVECT   vjit;
599 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
600 >                b = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd) - b;
601 >                b *= (b > 0);
602 >        }
603 >        if (b <= specthresh+FTINY) {            /* below sampling threshold? */
604 >                if (b > FTINY) {                /* XXX no color from BSDF */
605                          if (sflags == SDsampSpT) {
606 <                                copycolor(ctmp, ndp->pr->pcol);
607 <                                scalecolor(ctmp, d);
606 >                                copyscolor(unsc, ndp->pr->pcol);
607 >                                scalescolor(unsc, b);
608                          } else                  /* no pattern on reflection */
609 <                                setcolor(ctmp, d, d, d);
236 <                        addcolor(unsc, ctmp);
609 >                                setscolor(unsc, b, b, b);
610                  }
611 <                return(0);
611 >                return(ntotal);
612          }
613 <                                                /* else need to sample */
614 <        dimlist[ndims++] = (int)(size_t)ndp->mp;
242 <        ndims++;
613 >        dimlist[ndims] = (int)(size_t)ndp->mp;  /* else sample specular */
614 >        ndims += 2;
615          for (n = dfp->ncomp; n--; ) {           /* loop over components */
616                  dimlist[ndims-1] = n + 9438;
617                  ntotal += sample_sdcomp(ndp, &dfp->comp[n], sflags==SDsampSpT);
# Line 252 | Line 624 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
624   int
625   m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
626   {
627 <        COLOR   ctmp;
627 >        int     hasthick = (m->otype == MAT_BSDF);
628 >        int     hitfront;
629 >        SCOLOR  sctmp;
630          SDError ec;
631 <        FVECT   upvec, outVec;
631 >        FVECT   upvec, vtmp;
632          MFUNC   *mf;
633          BSDFDAT nd;
634                                                  /* check arguments */
635 <        if ((m->oargs.nsargs < 6) | (m->oargs.nfargs > 9) |
635 >        if ((m->oargs.nsargs < hasthick+5) | (m->oargs.nfargs > 9) |
636                                  (m->oargs.nfargs % 3))
637                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
638 <
639 <                                                /* get BSDF data */
266 <        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[1]);
638 >                                                /* record surface struck */
639 >        hitfront = (r->rod > 0);
640                                                  /* load cal file */
641 <        mf = getfunc(m, 5, 0x1d, 1);
642 <                                                /* get thickness */
643 <        nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
644 <        if (nd.thick < .0)
645 <                nd.thick = .0;
646 <                                                /* check shadow */
647 <        if (r->crtype & SHADOW) {
648 <                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 */
641 >        mf = hasthick   ? getfunc(m, 5, 0x1d, 1)
642 >                        : getfunc(m, 4, 0xe, 1) ;
643 >        setfunc(m, r);
644 >        nd.thick = 0;                           /* set thickness */
645 >        if (hasthick) {
646 >                nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
647 >                if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
648 >                        nd.thick = 0;
649          }
650 <                                                /* check unscattered ray */
651 <        if (!(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) && nd.thick > FTINY &&
652 <                        nd.sd->tf != NULL && nd.sd->tf->maxHemi > FTINY) {
650 >                                                /* check backface visibility */
651 >        if (!hitfront & !backvis) {
652 >                raytrans(r);
653 >                return(1);
654 >        }
655 >                                                /* check other rays to pass */
656 >        if (nd.thick != 0 && (r->crtype & SHADOW ||
657 >                                !(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
658 >                                (nd.thick > 0) ^ hitfront)) {
659 >                raytrans(r);                    /* hide our proxy */
660 >                return(1);
661 >        }
662 >        if (hasthick && r->crtype & SHADOW)     /* early shadow check #1 */
663 >                return(1);
664 >        nd.mp = m;
665 >        nd.pr = r;
666 >                                                /* get BSDF data */
667 >        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[hasthick]);
668 >                                                /* early shadow check #2 */
669 >        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL)) {
670                  SDfreeCache(nd.sd);
285                raytrans(r);                    /* pass-through */
671                  return(1);
672          }
673 <                                                /* diffuse reflectance */
674 <        if (r->rod > .0) {
675 <                if (m->oargs.nfargs < 3)
676 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
677 <                else
293 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
673 >                                                /* diffuse components */
674 >        if (hitfront) {
675 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
676 >                if (m->oargs.nfargs >= 3) {
677 >                        setscolor(sctmp, m->oargs.farg[0],
678                                          m->oargs.farg[1],
679                                          m->oargs.farg[2]);
680 +                        saddscolor(nd.rdiff, sctmp);
681 +                }
682 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambFront);
683          } else {
684 <                if (m->oargs.nfargs < 6) {      /* check invisible backside */
685 <                        if (!backvis && (nd.sd->rb == NULL ||
686 <                                                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],
684 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambBack);
685 >                if (m->oargs.nfargs >= 6) {
686 >                        setscolor(sctmp, m->oargs.farg[3],
687                                          m->oargs.farg[4],
688                                          m->oargs.farg[5]);
689 +                        saddscolor(nd.rdiff, sctmp);
690 +                }
691 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambBack);
692          }
693 <                                                /* diffuse transmittance */
694 <        if (m->oargs.nfargs < 9)
314 <                setcolor(nd.tdiff, .0, .0, .0);
315 <        else
316 <                setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
693 >        if (m->oargs.nfargs >= 9) {             /* add diffuse transmittance? */
694 >                setscolor(sctmp, m->oargs.farg[6],
695                                  m->oargs.farg[7],
696                                  m->oargs.farg[8]);
697 <        nd.mp = m;
698 <        nd.pr = r;
697 >                saddscolor(nd.tdiff, sctmp);
698 >        }
699                                                  /* get modifiers */
700          raytexture(r, m->omod);
323        if (bright(r->pcol) <= FTINY) {         /* black pattern?! */
324                SDfreeCache(nd.sd);
325                return(1);
326        }
701                                                  /* modify diffuse values */
702 <        multcolor(nd.rdiff, r->pcol);
703 <        multcolor(nd.tdiff, r->pcol);
702 >        smultscolor(nd.rdiff, r->pcol);
703 >        smultscolor(nd.tdiff, r->pcol);
704                                                  /* get up vector */
705 <        upvec[0] = evalue(mf->ep[1]);
706 <        upvec[1] = evalue(mf->ep[2]);
707 <        upvec[2] = evalue(mf->ep[3]);
705 >        upvec[0] = evalue(mf->ep[hasthick+0]);
706 >        upvec[1] = evalue(mf->ep[hasthick+1]);
707 >        upvec[2] = evalue(mf->ep[hasthick+2]);
708                                                  /* return to world coords */
709 <        if (mf->f != &unitxf) {
710 <                multv3(upvec, upvec, mf->f->xfm);
711 <                nd.thick *= mf->f->sca;
709 >        if (mf->fxp != &unitxf) {
710 >                multv3(upvec, upvec, mf->fxp->xfm);
711 >                nd.thick *= mf->fxp->sca;
712          }
713 +        if (r->rox != NULL) {
714 +                multv3(upvec, upvec, r->rox->f.xfm);
715 +                nd.thick *= r->rox->f.sca;
716 +        }
717          raynormal(nd.pnorm, r);
718                                                  /* compute local BSDF xform */
719          ec = SDcompXform(nd.toloc, nd.pnorm, upvec);
720          if (!ec) {
721 <                nd.vinc[0] = -r->rdir[0];
722 <                nd.vinc[1] = -r->rdir[1];
723 <                nd.vinc[2] = -r->rdir[2];
724 <                ec = SDmapDir(nd.vinc, nd.toloc, nd.vinc);
721 >                nd.vray[0] = -r->rdir[0];
722 >                nd.vray[1] = -r->rdir[1];
723 >                nd.vray[2] = -r->rdir[2];
724 >                ec = SDmapDir(nd.vray, nd.toloc, nd.vray);
725          }
348        if (!ec)
349                ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
726          if (ec) {
727 <                objerror(m, WARNING, transSDError(ec));
727 >                objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
728                  SDfreeCache(nd.sd);
729                  return(1);
730          }
731 <        if (r->rod < .0) {                      /* perturb normal towards hit */
731 >        scolorblack(nd.cthru);                  /* consider through component */
732 >        scolorblack(nd.cthru_surr);
733 >        if (m->otype == MAT_ABSDF) {
734 >                compute_through(&nd);
735 >                if (r->crtype & SHADOW) {
736 >                        RAY     tr;             /* attempt to pass shadow ray */
737 >                        SDfreeCache(nd.sd);
738 >                        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
739 >                                return(1);      /* no through component */
740 >                        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
741 >                        rayvalue(&tr);          /* transmit with scaling */
742 >                        smultscolor(tr.rcol, tr.rcoef);
743 >                        copyscolor(r->rcol, tr.rcol);
744 >                        return(1);              /* we're done */
745 >                }
746 >        }
747 >        ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
748 >        if (!ec)                                /* determine BSDF resolution */
749 >                ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL,
750 >                                        SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
751 >        if (ec)
752 >                objerror(m, USER, transSDError(ec));
753 >
754 >        nd.sr_vpsa[0] = sqrt(nd.sr_vpsa[0]);
755 >        nd.sr_vpsa[1] = sqrt(nd.sr_vpsa[1]);
756 >        if (!hitfront) {                        /* perturb normal towards hit */
757                  nd.pnorm[0] = -nd.pnorm[0];
758                  nd.pnorm[1] = -nd.pnorm[1];
759                  nd.pnorm[2] = -nd.pnorm[2];
# Line 362 | Line 763 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
763                                                  /* sample transmission */
764          sample_sdf(&nd, SDsampSpT);
765                                                  /* compute indirect diffuse */
766 <        copycolor(ctmp, nd.rdiff);
767 <        addcolor(ctmp, nd.runsamp);
768 <        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from this side */
769 <                if (r->rod < .0)
766 >        copyscolor(sctmp, nd.rdiff);
767 >        saddscolor(sctmp, nd.runsamp);
768 >        if (sintens(sctmp) > FTINY) {           /* ambient from reflection */
769 >                if (!hitfront)
770                          flipsurface(r);
771 <                multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
772 <                addcolor(r->rcol, ctmp);
773 <                if (r->rod < .0)
771 >                multambient(sctmp, r, nd.pnorm);
772 >                saddscolor(r->rcol, sctmp);
773 >                if (!hitfront)
774                          flipsurface(r);
775          }
776 <        copycolor(ctmp, nd.tdiff);
777 <        addcolor(ctmp, nd.tunsamp);
778 <        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from other side */
776 >        copyscolor(sctmp, nd.tdiff);
777 >        saddscolor(sctmp, nd.tunsamp);
778 >        if (sintens(sctmp) > FTINY) {           /* ambient from other side */
779                  FVECT  bnorm;
780 <                if (r->rod > .0)
780 >                if (hitfront)
781                          flipsurface(r);
782                  bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
783                  bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
784                  bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
785 <                multambient(ctmp, r, bnorm);
786 <                addcolor(r->rcol, ctmp);
787 <                if (r->rod > .0)
785 >                if (nd.thick != 0) {            /* proxy with offset? */
786 >                        VCOPY(vtmp, r->rop);
787 >                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, nd.thick);
788 >                        multambient(sctmp, r, bnorm);
789 >                        VCOPY(r->rop, vtmp);
790 >                } else
791 >                        multambient(sctmp, r, bnorm);
792 >                saddscolor(r->rcol, sctmp);
793 >                if (hitfront)
794                          flipsurface(r);
795          }
796                                                  /* add direct component */
797 <        direct(r, dirbsdf, &nd);
797 >        if ((nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL) &&
798 >                        sintens(nd.tdiff) <= FTINY) {
799 >                direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection only */
800 >        } else if (nd.thick == 0) {
801 >                direct(r, dir_bsdf, &nd);       /* thin surface scattering */
802 >        } else {
803 >                direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection first */
804 >                VCOPY(vtmp, r->rop);            /* offset for transmitted */
805 >                VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, -nd.thick);
806 >                direct(r, dir_btdf, &nd);       /* separate transmission */
807 >                VCOPY(r->rop, vtmp);
808 >        }
809                                                  /* clean up */
810          SDfreeCache(nd.sd);
811          return(1);

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