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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.20 by greg, Tue Apr 24 15:53:41 2012 UTC vs.
Revision 2.64 by greg, Wed Aug 25 16:12:21 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 non-zero thickness causes the strange but useful behavior
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 if it has any
28 < *  non-diffuse transmission, making the BSDF surface invisible.  This
29 < *  shows the proxied geometry instead. Thickness has the further
30 < *  effect of turning off reflection on the hidden side so that rays
29 < *  heading in the opposite direction pass unimpeded through the BSDF
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.
# Line 35 | Line 36 | static const char RCSid[] = "$Id$";
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
# Line 42 | Line 50 | static const char RCSid[] = "$Id$";
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, a BSDF surface
52   *  with zero thickness will appear black when viewed from behind
53 < *  unless backface visibility is off.
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
# Line 58 | Line 73 | static const char RCSid[] = "$Id$";
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 fine, since the bidirectional nature
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  
# Line 71 | Line 86 | typedef struct {
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 */
78 –        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 + 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 + 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 + #define neighbors(i,j)  \
134 +        ((dir2check[i][0]-dir2check[j][0])*(dir2check[i][0]-dir2check[j][0]) + \
135 +        (dir2check[i][1]-dir2check[j][1])*(dir2check[i][1]-dir2check[j][1]) <= 0.73)
136 +        const double    peak_over = 1.5;
137 +        PEAKSAMP        psamp[NDIR2CHECK];
138 +        SDSpectralDF    *dfp;
139 +        FVECT           pdir;
140 +        double          tomega, srchrad;
141 +        double          tomsum, tomsurr;
142 +        COLOR           vpeak, vsurr;
143 +        double          vypeak;
144 +        int             i, j, ns;
145 +        SDError         ec;
146 +
147 +        if (ndp->pr->rod > 0)
148 +                dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
149 +        else
150 +                dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
151 +
152 +        if (dfp == NULL)
153 +                return;                         /* no specular transmission */
154 +        if (bright(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
155 +                return;                         /* pattern is black, here */
156 +        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else evaluate peak */
157 +        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
158 +                SDValue sv;
159 +                psamp[i].tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
160 +                psamp[i].tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
161 +                psamp[i].tdir[2] = -ndp->vray[2];
162 +                normalize(psamp[i].tdir);
163 +                ec = SDevalBSDF(&sv, psamp[i].tdir, ndp->vray, ndp->sd);
164 +                if (ec)
165 +                        goto baderror;
166 +                cvt_sdcolor(psamp[i].vcol, &sv);
167 +                psamp[i].vy = sv.cieY;
168 +        }
169 +        qsort(psamp, NDIR2CHECK, sizeof(PEAKSAMP), cmp_psamp);
170 +        if (psamp[0].vy <= FTINY)
171 +                return;                         /* zero area */
172 +        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
173 +        setcolor(vsurr, 0, 0, 0);
174 +        vypeak = tomsum = tomsurr = 0;          /* combine top unique values */
175 +        ns = 0;
176 +        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
177 +                for (j = i; j--; )              /* check for duplicate sample */
178 +                        if (psamp[j].vy == psamp[i].vy && neighbors(i,j))
179 +                                break;
180 +                if (j >= 0)
181 +                        continue;               /* skip duplicate */
182 +
183 +                ec = SDsizeBSDF(&tomega, psamp[i].tdir, ndp->vray,
184 +                                                SDqueryMin, ndp->sd);
185 +                if (ec)
186 +                        goto baderror;
187 +                                                /* not really a peak? */
188 +                if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA ||
189 +                                        vypeak > 8.*psamp[i].vy*ns) {
190 +                        if (!i) return;         /* abort */
191 +                        scalecolor(psamp[i].vcol, tomega);
192 +                        addcolor(vsurr, psamp[i].vcol);
193 +                        tomsurr += tomega;
194 +                        continue;
195 +                }
196 +                scalecolor(psamp[i].vcol, tomega);
197 +                addcolor(vpeak, psamp[i].vcol);
198 +                tomsum += tomega;
199 +                vypeak += psamp[i].vy;
200 +                ++ns;
201 +        }
202 +        if (vypeak*tomsurr < peak_over*bright(vsurr)*ns)
203 +                return;                         /* peak not peaky enough */
204 +        if ((vypeak/ns - (ndp->vray[2] > 0 ? ndp->sd->tLambFront.cieY
205 +                        : ndp->sd->tLambBack.cieY)*(1./PI))*tomsum <= .001)
206 +                return;                         /* < 0.1% transmission */
207 +        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* already scaled by omega */
208 +        multcolor(ndp->cthru, ndp->pr->pcol);   /* modify by pattern */
209 +        if (tomsurr > FTINY) {                  /* surround contribution? */
210 +                scalecolor(vsurr, 1./tomsurr);  /* this one is avg. BTDF */
211 +                copycolor(ndp->cthru_surr, vsurr);
212 +                multcolor(ndp->cthru_surr, ndp->pr->pcol);
213 +        }
214 +        return;
215 + baderror:
216 +        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
217 + #undef neighbors
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)
# Line 94 | Line 232 | bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
232          normalize(vres);
233   }
234  
235 < /* Evaluate BSDF for direct component, returning true if OK to proceed */
235 > /* Get BSDF specular for direct component, returning true if OK to proceed */
236   static int
237 < direct_bsdf_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
237 > direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
238   {
239 <        int     nsamp, ok = 0;
239 >        int     nsamp;
240 >        double  wtot = 0;
241          FVECT   vsrc, vsmp, vjit;
242 <        double  tomega;
242 >        double  tomega, tomega2;
243          double  sf, tsr, sd[2];
244 <        COLOR   csmp;
244 >        COLOR   csmp, cdiff;
245 >        double  diffY;
246          SDValue sv;
247          SDError ec;
248          int     i;
249 +                                        /* in case we fail */
250 +        setcolor(cval,  0, 0, 0);
251                                          /* transform source direction */
252          if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
253                  return(0);
254 <                                        /* assign number of samples */
254 >                                        /* will discount diffuse portion */
255 >        switch ((vsrc[2] > 0)<<1 | (ndp->vray[2] > 0)) {
256 >        case 3:
257 >                if (ndp->sd->rf == NULL)
258 >                        return(0);      /* all diffuse */
259 >                sv = ndp->sd->rLambFront;
260 >                break;
261 >        case 0:
262 >                if (ndp->sd->rb == NULL)
263 >                        return(0);      /* all diffuse */
264 >                sv = ndp->sd->rLambBack;
265 >                break;
266 >        case 1:
267 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
268 >                        return(0);      /* all diffuse */
269 >                sv = ndp->sd->tLambFront;
270 >                break;
271 >        case 2:
272 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
273 >                        return(0);      /* all diffuse */
274 >                sv = ndp->sd->tLambBack;
275 >                break;
276 >        }
277 >        if (sv.cieY > FTINY) {
278 >                diffY = sv.cieY *= 1./PI;
279 >                cvt_sdcolor(cdiff, &sv);
280 >        } else {
281 >                diffY = 0;
282 >                setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
283 >        }
284 >                                        /* need projected solid angle */
285 >        omega *= fabs(vsrc[2]);
286 >                                        /* check indirect over-counting */
287 >        if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && bright(ndp->cthru) > FTINY) {
288 >                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
289 >                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
290 >                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
291 >                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
292 >                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
293 >
294 >                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(omega + dfp->minProjSA +
295 >                                                2.*sqrt(omega*dfp->minProjSA))) {
296 >                        if (bright(ndp->cthru_surr) <= FTINY)
297 >                                return(0);
298 >                        copycolor(cval, ndp->cthru_surr);
299 >                        return(1);      /* return non-zero surround BTDF */
300 >                }
301 >        }
302          ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
303          if (ec)
304                  goto baderror;
305 <                                        /* check indirect over-counting */
117 <        if (ndp->thick != 0 && ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)
118 <                                && vsrc[2] > 0 ^ ndp->vray[2] > 0) {
119 <                double  dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
120 <                double  dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
121 <                if (dx*dx + dy*dy <= omega+tomega)
122 <                        return(0);
123 <        }
305 >                                        /* assign number of samples */
306          sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
307 <        if (25.*tomega <= omega)
307 >        if (tomega <= 0)
308 >                nsamp = 1;
309 >        else if (25.*tomega <= omega)
310                  nsamp = 100.*sf + .5;
311          else
312                  nsamp = 4.*sf*omega/tomega + .5;
313          nsamp += !nsamp;
314 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);     /* sample our source area */
131 <        sf = sqrt(omega);
314 >        sf = sqrt(omega);               /* sample our source area */
315          tsr = sqrt(tomega);
316          for (i = nsamp; i--; ) {
317                  VCOPY(vsmp, vsrc);      /* jitter query directions */
# Line 136 | Line 319 | direct_bsdf_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, B
319                          multisamp(sd, 2, (i + frandom())/(double)nsamp);
320                          vsmp[0] += (sd[0] - .5)*sf;
321                          vsmp[1] += (sd[1] - .5)*sf;
322 <                        if (normalize(vsmp) == 0) {
140 <                                --nsamp;
141 <                                continue;
142 <                        }
322 >                        normalize(vsmp);
323                  }
324                  bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
325                                          /* compute BSDF */
326                  ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsmp, ndp->sd);
327                  if (ec)
328                          goto baderror;
329 <                if (sv.cieY <= FTINY)   /* worth using? */
330 <                        continue;
329 >                if (sv.cieY - diffY <= FTINY)
330 >                        continue;       /* no specular part */
331 >                                        /* check for variable resolution */
332 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega2, vjit, vsmp, SDqueryMin, ndp->sd);
333 >                if (ec)
334 >                        goto baderror;
335 >                if (tomega2 < .12*tomega)
336 >                        continue;       /* not safe to include */
337                  cvt_sdcolor(csmp, &sv);
338 <                addcolor(cval, csmp);   /* average it in */
339 <                ++ok;
338 > #if 0
339 >                if (sf < 2.5*tsr) {     /* weight by BSDF for small sources */
340 >                        scalecolor(csmp, sv.cieY);
341 >                        wtot += sv.cieY;
342 >                } else
343 > #endif
344 >                wtot += 1.;
345 >                addcolor(cval, csmp);
346          }
347 <        sf = 1./(double)nsamp;
347 >        if (wtot <= FTINY)              /* no valid specular samples? */
348 >                return(0);
349 >
350 >        sf = 1./wtot;                   /* weighted average BSDF */
351          scalecolor(cval, sf);
352 <        return(ok);
352 >                                        /* subtract diffuse contribution */
353 >        for (i = 3*(diffY > FTINY); i--; )
354 >                if ((colval(cval,i) -= colval(cdiff,i)) < 0)
355 >                        colval(cval,i) = 0;
356 >        return(1);
357   baderror:
358          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
359          return(0);                      /* gratis return */
# Line 174 | Line 373 | dir_bsdf(
373          double          dtmp;
374          COLOR           ctmp;
375  
376 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
376 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
377  
378          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
379          if ((-FTINY <= ldot) & (ldot <= FTINY))
# Line 182 | Line 381 | dir_bsdf(
381  
382          if (ldot > 0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
383                  /*
384 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
384 >                 *  Compute diffuse reflected component
385                   */
386                  copycolor(ctmp, np->rdiff);
387                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
# Line 191 | Line 390 | dir_bsdf(
390          }
391          if (ldot < 0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
392                  /*
393 <                 *  Compute added diffuse transmission.
393 >                 *  Compute diffuse transmission
394                   */
395                  copycolor(ctmp, np->tdiff);
396                  dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
397                  scalecolor(ctmp, dtmp);
398                  addcolor(cval, ctmp);
399          }
400 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
401 +                return;         /* specular already in photon map */
402          /*
403 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
403 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
404           */
405 <        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, omega, np))
405 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
406                  return;
407 <        if (ldot > 0) {         /* pattern only diffuse reflection */
207 <                COLOR   ctmp1, ctmp2;
208 <                dtmp = (np->pr->rod > 0) ? np->sd->rLambFront.cieY
209 <                                        : np->sd->rLambBack.cieY;
210 <                                        /* diffuse fraction */
211 <                dtmp /= PI * bright(ctmp);
212 <                copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
213 <                scalecolor(ctmp2, dtmp);
214 <                setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
215 <                addcolor(ctmp1, ctmp2);
216 <                multcolor(ctmp, ctmp1); /* apply derated pattern */
217 <                dtmp = ldot * omega;
218 <        } else {                        /* full pattern on transmission */
407 >        if (ldot < 0) {         /* pattern for specular transmission */
408                  multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
409                  dtmp = -ldot * omega;
410 <        }
410 >        } else
411 >                dtmp = ldot * omega;
412          scalecolor(ctmp, dtmp);
413          addcolor(cval, ctmp);
414   }
# Line 237 | Line 427 | dir_brdf(
427          double          dtmp;
428          COLOR           ctmp, ctmp1, ctmp2;
429  
430 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
430 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
431  
432          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
433          
# Line 246 | Line 436 | dir_brdf(
436  
437          if (bright(np->rdiff) > FTINY) {
438                  /*
439 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
439 >                 *  Compute diffuse reflected component
440                   */
441                  copycolor(ctmp, np->rdiff);
442                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
443                  scalecolor(ctmp, dtmp);
444                  addcolor(cval, ctmp);
445          }
446 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
447 +                return;         /* specular already in photon map */
448          /*
449 <         *  Compute reflection coefficient using BSDF.
449 >         *  Compute specular reflection coefficient using BSDF
450           */
451 <        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, omega, np))
451 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
452                  return;
261 –                                        /* pattern only diffuse reflection */
262 –        dtmp = (np->pr->rod > 0) ? np->sd->rLambFront.cieY
263 –                                : np->sd->rLambBack.cieY;
264 –        dtmp /= PI * bright(ctmp);      /* diffuse fraction */
265 –        copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
266 –        scalecolor(ctmp2, dtmp);
267 –        setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
268 –        addcolor(ctmp1, ctmp2);
269 –        multcolor(ctmp, ctmp1);         /* apply derated pattern */
453          dtmp = ldot * omega;
454          scalecolor(ctmp, dtmp);
455          addcolor(cval, ctmp);
# Line 286 | Line 469 | dir_btdf(
469          double          dtmp;
470          COLOR           ctmp;
471  
472 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
472 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
473  
474          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
475  
# Line 295 | Line 478 | dir_btdf(
478  
479          if (bright(np->tdiff) > FTINY) {
480                  /*
481 <                 *  Compute added diffuse transmission.
481 >                 *  Compute diffuse transmission
482                   */
483                  copycolor(ctmp, np->tdiff);
484                  dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
485                  scalecolor(ctmp, dtmp);
486                  addcolor(cval, ctmp);
487          }
488 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
489 +                return;         /* specular already in photon map */
490          /*
491 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
491 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
492           */
493 <        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, omega, np))
493 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
494                  return;
495                                          /* full pattern on transmission */
496          multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
# Line 316 | Line 501 | dir_btdf(
501  
502   /* Sample separate BSDF component */
503   static int
504 < sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usepat)
504 > sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit)
505   {
506 <        int     nstarget = 1;
507 <        int     nsent;
508 <        SDError ec;
509 <        SDValue bsv;
510 <        double  xrand;
511 <        FVECT   vsmp;
512 <        RAY     sr;
506 >        const int       hasthru = (xmit &&
507 >                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
508 >                                        && bright(ndp->cthru) > FTINY);
509 >        int             nstarget = 1;
510 >        int             nsent = 0;
511 >        int             n;
512 >        SDError         ec;
513 >        SDValue         bsv;
514 >        double          xrand;
515 >        FVECT           vsmp, vinc;
516 >        RAY             sr;
517                                                  /* multiple samples? */
518          if (specjitter > 1.5) {
519                  nstarget = specjitter*ndp->pr->rweight + .5;
520                  nstarget += !nstarget;
521          }
522                                                  /* run through our samples */
523 <        for (nsent = 0; nsent < nstarget; nsent++) {
523 >        for (n = 0; n < nstarget; n++) {
524                  if (nstarget == 1) {            /* stratify random variable */
525                          xrand = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
526                          if (specjitter < 1.)
527                                  xrand = .5 + specjitter*(xrand-.5);
528                  } else {
529 <                        xrand = (nsent + frandom())/(double)nstarget;
529 >                        xrand = (n + frandom())/(double)nstarget;
530                  }
531                  SDerrorDetail[0] = '\0';        /* sample direction & coef. */
532                  bsdf_jitter(vsmp, ndp, ndp->sr_vpsa[0]);
533 +                VCOPY(vinc, vsmp);              /* to compare after */
534                  ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, xrand, dcp);
535                  if (ec)
536                          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
537                  if (bsv.cieY <= FTINY)          /* zero component? */
538                          break;
539 <                                                /* map vector to world */
539 >                if (hasthru) {                  /* check for view ray */
540 >                        double  dx = vinc[0] + vsmp[0];
541 >                        double  dy = vinc[1] + vsmp[1];
542 >                        if (dx*dx + dy*dy <= ndp->sr_vpsa[0]*ndp->sr_vpsa[0])
543 >                                continue;       /* exclude view sample */
544 >                }
545 >                                                /* map non-view sample->world */
546                  if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vsmp) != SDEnone)
547                          break;
548                                                  /* spawn a specular ray */
549                  if (nstarget > 1)
550                          bsv.cieY /= (double)nstarget;
551                  cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use sample color */
552 <                if (usepat)                     /* apply pattern? */
552 >                if (xmit)                       /* apply pattern on transmit */
553                          multcolor(sr.rcoef, ndp->pr->pcol);
554                  if (rayorigin(&sr, SPECULAR, ndp->pr, sr.rcoef) < 0) {
555 <                        if (maxdepth > 0)
556 <                                break;
557 <                        continue;               /* Russian roulette victim */
555 >                        if (!n & (nstarget > 1)) {
556 >                                n = nstarget;   /* avoid infinitue loop */
557 >                                nstarget = nstarget*sr.rweight/minweight;
558 >                                if (n == nstarget) break;
559 >                                n = -1;         /* moved target */
560 >                        }
561 >                        continue;               /* try again */
562                  }
563 <                                                /* need to offset origin? */
364 <                if (ndp->thick != 0 && ndp->pr->rod > 0 ^ vsmp[2] > 0)
563 >                if (xmit && ndp->thick != 0)    /* need to offset origin? */
564                          VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, -ndp->thick);
565                  rayvalue(&sr);                  /* send & evaluate sample */
566                  multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
567                  addcolor(ndp->pr->rcol, sr.rcol);
568 +                ++nsent;
569          }
570          return(nsent);
571   }
# Line 374 | Line 574 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usep
574   static int
575   sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
576   {
577 +        int             hasthru = (sflags == SDsampSpT &&
578 +                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
579 +                                        && bright(ndp->cthru) > FTINY);
580          int             n, ntotal = 0;
581 +        double          b = 0;
582          SDSpectralDF    *dfp;
583          COLORV          *unsc;
584  
585          if (sflags == SDsampSpT) {
586                  unsc = ndp->tunsamp;
587 <                dfp = ndp->sd->tf;
588 <                cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->tLamb);
587 >                if (ndp->pr->rod > 0)
588 >                        dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
589 >                else
590 >                        dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
591          } else /* sflags == SDsampSpR */ {
592                  unsc = ndp->runsamp;
593 <                if (ndp->pr->rod > 0) {
593 >                if (ndp->pr->rod > 0)
594                          dfp = ndp->sd->rf;
595 <                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambFront);
390 <                } else {
595 >                else
596                          dfp = ndp->sd->rb;
392 –                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambBack);
393 –                }
597          }
598 <        multcolor(unsc, ndp->pr->pcol);
598 >        setcolor(unsc,  0, 0, 0);
599          if (dfp == NULL)                        /* no specular component? */
600                  return(0);
601 <                                                /* below sampling threshold? */
602 <        if (dfp->maxHemi <= specthresh+FTINY) {
603 <                if (dfp->maxHemi > FTINY) {     /* XXX no color from BSDF */
604 <                        FVECT   vjit;
605 <                        double  d;
606 <                        COLOR   ctmp;
607 <                        bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
608 <                        d = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd);
601 >
602 >        if (hasthru) {                          /* separate view sample? */
603 >                RAY     tr;
604 >                if (rayorigin(&tr, TRANS, ndp->pr, ndp->cthru) == 0) {
605 >                        VCOPY(tr.rdir, ndp->pr->rdir);
606 >                        rayvalue(&tr);
607 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
608 >                        addcolor(ndp->pr->rcol, tr.rcol);
609 >                        ndp->pr->rxt = ndp->pr->rot + raydistance(&tr);
610 >                        ++ntotal;
611 >                        b = bright(ndp->cthru);
612 >                } else
613 >                        hasthru = 0;
614 >        }
615 >        if (dfp->maxHemi - b <= FTINY) {        /* have specular to sample? */
616 >                b = 0;
617 >        } else {
618 >                FVECT   vjit;
619 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
620 >                b = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd) - b;
621 >                if (b < 0) b = 0;
622 >        }
623 >        if (b <= specthresh+FTINY) {            /* below sampling threshold? */
624 >                if (b > FTINY) {                /* XXX no color from BSDF */
625                          if (sflags == SDsampSpT) {
626 <                                copycolor(ctmp, ndp->pr->pcol);
627 <                                scalecolor(ctmp, d);
626 >                                copycolor(unsc, ndp->pr->pcol);
627 >                                scalecolor(unsc, b);
628                          } else                  /* no pattern on reflection */
629 <                                setcolor(ctmp, d, d, d);
411 <                        addcolor(unsc, ctmp);
629 >                                setcolor(unsc, b, b, b);
630                  }
631 <                return(0);
631 >                return(ntotal);
632          }
633 <                                                /* else need to sample */
634 <        dimlist[ndims++] = (int)(size_t)ndp->mp;
417 <        ndims++;
633 >        dimlist[ndims] = (int)(size_t)ndp->mp;  /* else sample specular */
634 >        ndims += 2;
635          for (n = dfp->ncomp; n--; ) {           /* loop over components */
636                  dimlist[ndims-1] = n + 9438;
637                  ntotal += sample_sdcomp(ndp, &dfp->comp[n], sflags==SDsampSpT);
# Line 427 | Line 644 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
644   int
645   m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
646   {
647 +        int     hasthick = (m->otype == MAT_BSDF);
648          int     hitfront;
649          COLOR   ctmp;
650          SDError ec;
# Line 434 | Line 652 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
652          MFUNC   *mf;
653          BSDFDAT nd;
654                                                  /* check arguments */
655 <        if ((m->oargs.nsargs < 6) | (m->oargs.nfargs > 9) |
655 >        if ((m->oargs.nsargs < hasthick+5) | (m->oargs.nfargs > 9) |
656                                  (m->oargs.nfargs % 3))
657                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
658                                                  /* record surface struck */
659          hitfront = (r->rod > 0);
660                                                  /* load cal file */
661 <        mf = getfunc(m, 5, 0x1d, 1);
662 <                                                /* get thickness */
663 <        nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
664 <        if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
665 <                nd.thick = .0;
666 <                                                /* check shadow */
667 <        if (r->crtype & SHADOW) {
668 <                if (nd.thick != 0)
451 <                        raytrans(r);            /* pass-through */
452 <                return(1);                      /* or shadow */
661 >        mf = hasthick   ? getfunc(m, 5, 0x1d, 1)
662 >                        : getfunc(m, 4, 0xe, 1) ;
663 >        setfunc(m, r);
664 >        nd.thick = 0;                           /* set thickness */
665 >        if (hasthick) {
666 >                nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
667 >                if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
668 >                        nd.thick = 0;
669          }
670 +                                                /* check backface visibility */
671 +        if (!hitfront & !backvis) {
672 +                raytrans(r);
673 +                return(1);
674 +        }
675                                                  /* check other rays to pass */
676 <        if (nd.thick != 0 && (!(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
677 <                                nd.thick > 0 ^ hitfront)) {
676 >        if (nd.thick != 0 && (r->crtype & SHADOW ||
677 >                                !(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
678 >                                (nd.thick > 0) ^ hitfront)) {
679                  raytrans(r);                    /* hide our proxy */
680                  return(1);
681          }
682 +        if (hasthick && r->crtype & SHADOW)     /* early shadow check #1 */
683 +                return(1);
684 +        nd.mp = m;
685 +        nd.pr = r;
686                                                  /* get BSDF data */
687 <        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[1]);
688 <                                                /* diffuse reflectance */
687 >        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[hasthick]);
688 >                                                /* early shadow check #2 */
689 >        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL)) {
690 >                SDfreeCache(nd.sd);
691 >                return(1);
692 >        }
693 >                                                /* diffuse components */
694          if (hitfront) {
695 <                if (m->oargs.nfargs < 3)
696 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
697 <                else
467 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
695 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
696 >                if (m->oargs.nfargs >= 3) {
697 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[0],
698                                          m->oargs.farg[1],
699                                          m->oargs.farg[2]);
700 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
701 +                }
702 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambFront);
703          } else {
704 <                if (m->oargs.nfargs < 6) {      /* check invisible backside */
705 <                        if (!backvis && (nd.sd->rb == NULL) &
706 <                                                (nd.sd->tf == NULL)) {
474 <                                SDfreeCache(nd.sd);
475 <                                raytrans(r);
476 <                                return(1);
477 <                        }
478 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
479 <                } else
480 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
704 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambBack);
705 >                if (m->oargs.nfargs >= 6) {
706 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[3],
707                                          m->oargs.farg[4],
708                                          m->oargs.farg[5]);
709 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
710 +                }
711 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambBack);
712          }
713 <                                                /* diffuse transmittance */
714 <        if (m->oargs.nfargs < 9)
486 <                setcolor(nd.tdiff, .0, .0, .0);
487 <        else
488 <                setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
713 >        if (m->oargs.nfargs >= 9) {             /* add diffuse transmittance? */
714 >                setcolor(ctmp, m->oargs.farg[6],
715                                  m->oargs.farg[7],
716                                  m->oargs.farg[8]);
717 <        nd.mp = m;
718 <        nd.pr = r;
717 >                addcolor(nd.tdiff, ctmp);
718 >        }
719                                                  /* get modifiers */
720          raytexture(r, m->omod);
721                                                  /* modify diffuse values */
722          multcolor(nd.rdiff, r->pcol);
723          multcolor(nd.tdiff, r->pcol);
724                                                  /* get up vector */
725 <        upvec[0] = evalue(mf->ep[1]);
726 <        upvec[1] = evalue(mf->ep[2]);
727 <        upvec[2] = evalue(mf->ep[3]);
725 >        upvec[0] = evalue(mf->ep[hasthick+0]);
726 >        upvec[1] = evalue(mf->ep[hasthick+1]);
727 >        upvec[2] = evalue(mf->ep[hasthick+2]);
728                                                  /* return to world coords */
729 <        if (mf->f != &unitxf) {
730 <                multv3(upvec, upvec, mf->f->xfm);
731 <                nd.thick *= mf->f->sca;
729 >        if (mf->fxp != &unitxf) {
730 >                multv3(upvec, upvec, mf->fxp->xfm);
731 >                nd.thick *= mf->fxp->sca;
732          }
733 +        if (r->rox != NULL) {
734 +                multv3(upvec, upvec, r->rox->f.xfm);
735 +                nd.thick *= r->rox->f.sca;
736 +        }
737          raynormal(nd.pnorm, r);
738                                                  /* compute local BSDF xform */
739          ec = SDcompXform(nd.toloc, nd.pnorm, upvec);
# Line 513 | Line 743 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
743                  nd.vray[2] = -r->rdir[2];
744                  ec = SDmapDir(nd.vray, nd.toloc, nd.vray);
745          }
516 –        if (!ec)
517 –                ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
746          if (ec) {
747                  objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
748 +                SDfreeCache(nd.sd);
749                  return(1);
750          }
751 <                                                /* determine BSDF resolution */
752 <        ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL, SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
751 >        setcolor(nd.cthru, 0, 0, 0);            /* consider through component */
752 >        setcolor(nd.cthru_surr, 0, 0, 0);
753 >        if (m->otype == MAT_ABSDF) {
754 >                compute_through(&nd);
755 >                if (r->crtype & SHADOW) {
756 >                        RAY     tr;             /* attempt to pass shadow ray */
757 >                        SDfreeCache(nd.sd);
758 >                        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
759 >                                return(1);      /* no through component */
760 >                        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
761 >                        rayvalue(&tr);          /* transmit with scaling */
762 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
763 >                        copycolor(r->rcol, tr.rcol);
764 >                        return(1);              /* we're done */
765 >                }
766 >        }
767 >        ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
768 >        if (!ec)                                /* determine BSDF resolution */
769 >                ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL,
770 >                                        SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
771          if (ec)
772                  objerror(m, USER, transSDError(ec));
773  
# Line 567 | Line 814 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
814                          flipsurface(r);
815          }
816                                                  /* add direct component */
817 <        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL)) {
817 >        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL) &
818 >                                        (nd.sd->tb == NULL)) {
819                  direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection only */
820          } else if (nd.thick == 0) {
821                  direct(r, dir_bsdf, &nd);       /* thin surface scattering */

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