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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.5 by greg, Sun Feb 20 06:34:19 2011 UTC vs.
Revision 2.60 by greg, Wed Jun 10 16:00:32 2020 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
68 < *      0|3|9   rdf     gdf     bdf
68 > *      0|3|6|9 rdf     gdf     bdf
69   *              rdb     gdb     bdb
70   *              rdt     gdt     bdt
71   */
# 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 67 | Line 82 | typedef struct {
82          RAY     *pr;            /* intersected ray */
83          FVECT   pnorm;          /* perturbed surface normal */
84          FVECT   vray;           /* local outgoing (return) vector */
85 <        double  sr_vpsa;        /* sqrt of BSDF projected solid angle */
85 >        double  sr_vpsa[2];     /* sqrt of BSDF projected solid angle extrema */
86          RREAL   toloc[3][3];    /* world to local BSDF coords */
87          RREAL   fromloc[3][3];  /* local BSDF coords to world */
88          double  thick;          /* surface thickness */
89 +        COLOR   cthru;          /* "through" component for MAT_ABSDF */
90          SDData  *sd;            /* loaded BSDF data */
91 +        COLOR   rdiff;          /* diffuse reflection */
92          COLOR   runsamp;        /* BSDF hemispherical reflection */
93 <        COLOR   rdiff;          /* added diffuse reflection */
93 >        COLOR   tdiff;          /* diffuse transmission */
94          COLOR   tunsamp;        /* BSDF hemispherical transmission */
78 –        COLOR   tdiff;          /* added diffuse transmission */
95   }  BSDFDAT;             /* BSDF material data */
96  
97   #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
98  
99 < /* Jitter ray sample according to projected solid angle and specjitter */
99 > typedef struct {
100 >        double  vy;             /* brightness (for sorting) */
101 >        FVECT   tdir;           /* through sample direction (normalized) */
102 >        COLOR   vcol;           /* BTDF color */
103 > }  PEAKSAMP;            /* BTDF peak sample */
104 >
105 > /* Comparison function to put near-peak values in descending order */
106 > static int
107 > cmp_psamp(const void *p1, const void *p2)
108 > {
109 >        double  diff = (*(const PEAKSAMP *)p1).vy - (*(const PEAKSAMP *)p2).vy;
110 >        if (diff > 0) return(-1);
111 >        if (diff < 0) return(1);
112 >        return(0);
113 > }
114 >
115 > /* Compute "through" component color for MAT_ABSDF */
116   static void
117 < bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp)
117 > compute_through(BSDFDAT *ndp)
118   {
119 <        double  sr_psa = ndp->sr_vpsa;
119 > #define NDIR2CHECK      29
120 >        static const float      dir2check[NDIR2CHECK][2] = {
121 >                                        {0, 0}, {-0.6, 0}, {0, 0.6},
122 >                                        {0, -0.6}, {0.6, 0}, {-0.6, 0.6},
123 >                                        {-0.6, -0.6}, {0.6, 0.6}, {0.6, -0.6},
124 >                                        {-1.2, 0}, {0, 1.2}, {0, -1.2},
125 >                                        {1.2, 0}, {-1.2, 1.2}, {-1.2, -1.2},
126 >                                        {1.2, 1.2}, {1.2, -1.2}, {-1.8, 0},
127 >                                        {0, 1.8}, {0, -1.8}, {1.8, 0},
128 >                                        {-1.8, 1.8}, {-1.8, -1.8}, {1.8, 1.8},
129 >                                        {1.8, -1.8}, {-2.4, 0}, {0, 2.4},
130 >                                        {0, -2.4}, {2.4, 0},
131 >                                };
132 >        const double    peak_over = 1.5;
133 >        PEAKSAMP        psamp[NDIR2CHECK];
134 >        SDSpectralDF    *dfp;
135 >        FVECT           pdir;
136 >        double          tomega, srchrad;
137 >        double          tomsum;
138 >        COLOR           vpeak;
139 >        double          vypeak, vysum;
140 >        int             i, ns, ntot;
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 (bright(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
151 +                return;                         /* pattern is black, here */
152 +        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else evaluate peak */
153 +        vysum = 0;
154 +        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
155 +                SDValue sv;
156 +                psamp[i].tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
157 +                psamp[i].tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
158 +                psamp[i].tdir[2] = -ndp->vray[2];
159 +                normalize(psamp[i].tdir);
160 +                ec = SDevalBSDF(&sv, psamp[i].tdir, ndp->vray, ndp->sd);
161 +                if (ec)
162 +                        goto baderror;
163 +                cvt_sdcolor(psamp[i].vcol, &sv);
164 +                vysum += psamp[i].vy = sv.cieY;
165 +        }
166 +        if (vysum <= FTINY)                     /* zero neighborhood? */
167 +                return;
168 +        qsort(psamp, NDIR2CHECK, sizeof(PEAKSAMP), cmp_psamp);
169 +        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
170 +        vypeak = tomsum = 0;                    /* combine top unique values */
171 +        ns = 0; ntot = NDIR2CHECK;
172 +        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
173 +                if (i) {
174 +                        if (psamp[i].vy == psamp[i-1].vy) {
175 +                                vysum -= psamp[i].vy;
176 +                                --ntot;
177 +                                continue;       /* assume duplicate sample */
178 +                        }
179 +                        if (vypeak > 8.*psamp[i].vy*ns)
180 +                                continue;       /* peak cut-off */
181 +                }
182 +                ec = SDsizeBSDF(&tomega, psamp[i].tdir, ndp->vray,
183 +                                                SDqueryMin, ndp->sd);
184 +                if (ec)
185 +                        goto baderror;
186 +                if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA) {
187 +                        if (!i) return;         /* not really a peak? */
188 +                        continue;
189 +                }
190 +                scalecolor(psamp[i].vcol, tomega);
191 +                addcolor(vpeak, psamp[i].vcol);
192 +                tomsum += tomega;
193 +                vypeak += psamp[i].vy;
194 +                ++ns;
195 +        }
196 +        if (vypeak*(ntot-ns) < peak_over*(vysum-vypeak)*ns)
197 +                return;                         /* peak not peaky enough */
198 +        if ((vypeak/ns - ndp->sd->tLamb.cieY*(1./PI))*tomsum <= .001)
199 +                return;                         /* < 0.1% transmission */
200 +        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* already scaled by omega */
201 +        multcolor(ndp->cthru, ndp->pr->pcol);   /* modify by pattern */
202 +        return;
203 + baderror:
204 +        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
205 + #undef NDIR2CHECK
206 + }
207 +
208 + /* Jitter ray sample according to projected solid angle and specjitter */
209 + static void
210 + bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
211 + {
212          VCOPY(vres, ndp->vray);
213          if (specjitter < 1.)
214                  sr_psa *= specjitter;
# Line 96 | Line 219 | bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp)
219          normalize(vres);
220   }
221  
222 + /* Get BSDF specular for direct component, returning true if OK to proceed */
223 + static int
224 + direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
225 + {
226 +        int     nsamp;
227 +        double  wtot = 0;
228 +        FVECT   vsrc, vsmp, vjit;
229 +        double  tomega, tomega2;
230 +        double  sf, tsr, sd[2];
231 +        COLOR   csmp, cdiff;
232 +        double  diffY;
233 +        SDValue sv;
234 +        SDError ec;
235 +        int     i;
236 +                                        /* in case we fail */
237 +        setcolor(cval,  0, 0, 0);
238 +                                        /* transform source direction */
239 +        if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
240 +                return(0);
241 +                                        /* will discount diffuse portion */
242 +        switch ((vsrc[2] > 0)<<1 | (ndp->vray[2] > 0)) {
243 +        case 3:
244 +                if (ndp->sd->rf == NULL)
245 +                        return(0);      /* all diffuse */
246 +                sv = ndp->sd->rLambFront;
247 +                break;
248 +        case 0:
249 +                if (ndp->sd->rb == NULL)
250 +                        return(0);      /* all diffuse */
251 +                sv = ndp->sd->rLambBack;
252 +                break;
253 +        default:
254 +                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
255 +                        return(0);      /* all diffuse */
256 +                sv = ndp->sd->tLamb;
257 +                break;
258 +        }
259 +        if (sv.cieY > FTINY) {
260 +                diffY = sv.cieY *= 1./PI;
261 +                cvt_sdcolor(cdiff, &sv);
262 +        } else {
263 +                diffY = 0;
264 +                setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
265 +        }
266 +                                        /* need projected solid angle */
267 +        omega *= fabs(vsrc[2]);
268 +                                        /* check indirect over-counting */
269 +        if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && bright(ndp->cthru) > FTINY) {
270 +                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
271 +                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
272 +                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
273 +                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
274 +                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
275 +
276 +                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(omega + dfp->minProjSA +
277 +                                                2.*sqrt(omega*dfp->minProjSA)))
278 +                        return(0);
279 +        }
280 +        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
281 +        if (ec)
282 +                goto baderror;
283 +                                        /* assign number of samples */
284 +        sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
285 +        if (tomega <= 0)
286 +                nsamp = 1;
287 +        else if (25.*tomega <= omega)
288 +                nsamp = 100.*sf + .5;
289 +        else
290 +                nsamp = 4.*sf*omega/tomega + .5;
291 +        nsamp += !nsamp;
292 +        sf = sqrt(omega);               /* sample our source area */
293 +        tsr = sqrt(tomega);
294 +        for (i = nsamp; i--; ) {
295 +                VCOPY(vsmp, vsrc);      /* jitter query directions */
296 +                if (nsamp > 1) {
297 +                        multisamp(sd, 2, (i + frandom())/(double)nsamp);
298 +                        vsmp[0] += (sd[0] - .5)*sf;
299 +                        vsmp[1] += (sd[1] - .5)*sf;
300 +                        normalize(vsmp);
301 +                }
302 +                bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
303 +                                        /* compute BSDF */
304 +                ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsmp, ndp->sd);
305 +                if (ec)
306 +                        goto baderror;
307 +                if (sv.cieY - diffY <= FTINY)
308 +                        continue;       /* no specular part */
309 +                                        /* check for variable resolution */
310 +                ec = SDsizeBSDF(&tomega2, vjit, vsmp, SDqueryMin, ndp->sd);
311 +                if (ec)
312 +                        goto baderror;
313 +                if (tomega2 < .12*tomega)
314 +                        continue;       /* not safe to include */
315 +                cvt_sdcolor(csmp, &sv);
316 + #if 0
317 +                if (sf < 2.5*tsr) {     /* weight by BSDF for small sources */
318 +                        scalecolor(csmp, sv.cieY);
319 +                        wtot += sv.cieY;
320 +                } else
321 + #endif
322 +                wtot += 1.;
323 +                addcolor(cval, csmp);
324 +        }
325 +        if (wtot <= FTINY)              /* no valid specular samples? */
326 +                return(0);
327 +
328 +        sf = 1./wtot;                   /* weighted average BSDF */
329 +        scalecolor(cval, sf);
330 +                                        /* subtract diffuse contribution */
331 +        for (i = 3*(diffY > FTINY); i--; )
332 +                if ((colval(cval,i) -= colval(cdiff,i)) < 0)
333 +                        colval(cval,i) = 0;
334 +        return(1);
335 + baderror:
336 +        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
337 +        return(0);                      /* gratis return */
338 + }
339 +
340   /* Compute source contribution for BSDF (reflected & transmitted) */
341   static void
342   dir_bsdf(
# Line 106 | Line 347 | dir_bsdf(
347   )
348   {
349          BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
109 –        SDError         ec;
110 –        SDValue         sv;
111 –        FVECT           vsrc;
112 –        FVECT           vjit;
350          double          ldot;
351          double          dtmp;
352          COLOR           ctmp;
353  
354 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
354 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
355  
356          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
357          if ((-FTINY <= ldot) & (ldot <= FTINY))
358                  return;
359  
360 <        if (ldot > .0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
360 >        if (ldot > 0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
361                  /*
362 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
362 >                 *  Compute diffuse reflected component
363                   */
364                  copycolor(ctmp, np->rdiff);
365                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
366                  scalecolor(ctmp, dtmp);
367                  addcolor(cval, ctmp);
368          }
369 <        if (ldot < .0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
369 >        if (ldot < 0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
370                  /*
371 <                 *  Compute added diffuse transmission.
371 >                 *  Compute diffuse transmission
372                   */
373                  copycolor(ctmp, np->tdiff);
374                  dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
375                  scalecolor(ctmp, dtmp);
376                  addcolor(cval, ctmp);
377          }
378 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
379 +                return;         /* specular already in photon map */
380          /*
381 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
381 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
382           */
383 <        if (SDmapDir(vsrc, np->toloc, ldir) != SDEnone)
383 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
384                  return;
385 <        bsdf_jitter(vjit, np);
147 <        ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsrc, np->sd);
148 <        if (ec)
149 <                objerror(np->mp, USER, transSDError(ec));
150 <
151 <        if (sv.cieY <= FTINY)           /* not worth using? */
152 <                return;
153 <        cvt_sdcolor(ctmp, &sv);
154 <        if (ldot > .0) {                /* pattern only diffuse reflection */
155 <                COLOR   ctmp1, ctmp2;
156 <                dtmp = (np->pr->rod > .0) ? np->sd->rLambFront.cieY
157 <                                        : np->sd->rLambBack.cieY;
158 <                dtmp /= PI * sv.cieY;   /* diffuse fraction */
159 <                copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
160 <                scalecolor(ctmp2, dtmp);
161 <                setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
162 <                addcolor(ctmp1, ctmp2);
163 <                multcolor(ctmp, ctmp1); /* apply derated pattern */
164 <                dtmp = ldot * omega;
165 <        } else {                        /* full pattern on transmission */
385 >        if (ldot < 0) {         /* pattern for specular transmission */
386                  multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
387                  dtmp = -ldot * omega;
388 <        }
388 >        } else
389 >                dtmp = ldot * omega;
390          scalecolor(ctmp, dtmp);
391          addcolor(cval, ctmp);
392   }
# Line 180 | Line 401 | dir_brdf(
401   )
402   {
403          BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
183 –        SDError         ec;
184 –        SDValue         sv;
185 –        FVECT           vsrc;
186 –        FVECT           vjit;
404          double          ldot;
405          double          dtmp;
406          COLOR           ctmp, ctmp1, ctmp2;
407  
408 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
408 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
409  
410          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
411          
# Line 197 | Line 414 | dir_brdf(
414  
415          if (bright(np->rdiff) > FTINY) {
416                  /*
417 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
417 >                 *  Compute diffuse reflected component
418                   */
419                  copycolor(ctmp, np->rdiff);
420                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
421                  scalecolor(ctmp, dtmp);
422                  addcolor(cval, ctmp);
423          }
424 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
425 +                return;         /* specular already in photon map */
426          /*
427 <         *  Compute reflection coefficient using BSDF.
427 >         *  Compute specular reflection coefficient using BSDF
428           */
429 <        if (SDmapDir(vsrc, np->toloc, ldir) != SDEnone)
429 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
430                  return;
212 –        bsdf_jitter(vjit, np);
213 –        ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsrc, np->sd);
214 –        if (ec)
215 –                objerror(np->mp, USER, transSDError(ec));
216 –
217 –        if (sv.cieY <= FTINY)           /* not worth using? */
218 –                return;
219 –        cvt_sdcolor(ctmp, &sv);
220 –                                        /* pattern only diffuse reflection */
221 –        dtmp = (np->pr->rod > .0) ? np->sd->rLambFront.cieY
222 –                                : np->sd->rLambBack.cieY;
223 –        dtmp /= PI * sv.cieY;           /* diffuse fraction */
224 –        copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
225 –        scalecolor(ctmp2, dtmp);
226 –        setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
227 –        addcolor(ctmp1, ctmp2);
228 –        multcolor(ctmp, ctmp1);         /* apply derated pattern */
431          dtmp = ldot * omega;
432          scalecolor(ctmp, dtmp);
433          addcolor(cval, ctmp);
# Line 241 | Line 443 | dir_btdf(
443   )
444   {
445          BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
244 –        SDError         ec;
245 –        SDValue         sv;
246 –        FVECT           vsrc;
247 –        FVECT           vjit;
446          double          ldot;
447          double          dtmp;
448          COLOR           ctmp;
449  
450 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
450 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
451  
452          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
453  
# Line 258 | Line 456 | dir_btdf(
456  
457          if (bright(np->tdiff) > FTINY) {
458                  /*
459 <                 *  Compute added diffuse transmission.
459 >                 *  Compute diffuse transmission
460                   */
461                  copycolor(ctmp, np->tdiff);
462                  dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
463                  scalecolor(ctmp, dtmp);
464                  addcolor(cval, ctmp);
465          }
466 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
467 +                return;         /* specular already in photon map */
468          /*
469 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
469 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
470           */
471 <        if (SDmapDir(vsrc, np->toloc, ldir) != SDEnone)
471 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
472                  return;
273 –        bsdf_jitter(vjit, np);
274 –        ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsrc, np->sd);
275 –        if (ec)
276 –                objerror(np->mp, USER, transSDError(ec));
277 –
278 –        if (sv.cieY <= FTINY)           /* not worth using? */
279 –                return;
280 –        cvt_sdcolor(ctmp, &sv);
473                                          /* full pattern on transmission */
474          multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
475          dtmp = -ldot * omega;
# Line 287 | Line 479 | dir_btdf(
479  
480   /* Sample separate BSDF component */
481   static int
482 < sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usepat)
482 > sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit)
483   {
484 <        int     nstarget = 1;
485 <        int     nsent = 0;
486 <        SDError ec;
487 <        SDValue bsv;
488 <        double  sthick;
489 <        FVECT   vjit, vsmp;
490 <        RAY     sr;
491 <        int     ntrials;
484 >        const int       hasthru = (xmit &&
485 >                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
486 >                                        && bright(ndp->cthru) > FTINY);
487 >        int             nstarget = 1;
488 >        int             nsent = 0;
489 >        int             n;
490 >        SDError         ec;
491 >        SDValue         bsv;
492 >        double          xrand;
493 >        FVECT           vsmp, vinc;
494 >        RAY             sr;
495                                                  /* multiple samples? */
496          if (specjitter > 1.5) {
497                  nstarget = specjitter*ndp->pr->rweight + .5;
498 <                if (nstarget < 1)
304 <                        nstarget = 1;
498 >                nstarget += !nstarget;
499          }
500 <                                                /* run through our trials */
501 <        for (ntrials = 0; nsent < nstarget && ntrials < 9*nstarget; ntrials++) {
502 <                SDerrorDetail[0] = '\0';
503 <                                                /* sample direction & coef. */
504 <                bsdf_jitter(vjit, ndp);
505 <                ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, vjit, ntrials ? frandom()
506 <                                : urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx), dcp);
500 >                                                /* run through our samples */
501 >        for (n = 0; n < nstarget; n++) {
502 >                if (nstarget == 1) {            /* stratify random variable */
503 >                        xrand = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
504 >                        if (specjitter < 1.)
505 >                                xrand = .5 + specjitter*(xrand-.5);
506 >                } else {
507 >                        xrand = (n + frandom())/(double)nstarget;
508 >                }
509 >                SDerrorDetail[0] = '\0';        /* sample direction & coef. */
510 >                bsdf_jitter(vsmp, ndp, ndp->sr_vpsa[0]);
511 >                VCOPY(vinc, vsmp);              /* to compare after */
512 >                ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, xrand, dcp);
513                  if (ec)
514                          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
515 <                                                /* zero component? */
316 <                if (bsv.cieY <= FTINY)
515 >                if (bsv.cieY <= FTINY)          /* zero component? */
516                          break;
517 <                                                /* map vector to world */
517 >                if (hasthru) {                  /* check for view ray */
518 >                        double  dx = vinc[0] + vsmp[0];
519 >                        double  dy = vinc[1] + vsmp[1];
520 >                        if (dx*dx + dy*dy <= ndp->sr_vpsa[0]*ndp->sr_vpsa[0])
521 >                                continue;       /* exclude view sample */
522 >                }
523 >                                                /* map non-view sample->world */
524                  if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vsmp) != SDEnone)
525                          break;
321 –                                                /* unintentional penetration? */
322 –                if (DOT(sr.rdir, ndp->pr->ron) > .0 ^ vsmp[2] > .0)
323 –                        continue;
526                                                  /* spawn a specular ray */
527                  if (nstarget > 1)
528                          bsv.cieY /= (double)nstarget;
529 <                cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use color */
530 <                if (usepat)                     /* pattern on transmission */
529 >                cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use sample color */
530 >                if (xmit)                       /* apply pattern on transmit */
531                          multcolor(sr.rcoef, ndp->pr->pcol);
532                  if (rayorigin(&sr, SPECULAR, ndp->pr, sr.rcoef) < 0) {
533 <                        if (maxdepth  > 0)
534 <                                break;
535 <                        ++nsent;                /* Russian roulette victim */
536 <                        continue;
533 >                        if (!n & (nstarget > 1)) {
534 >                                n = nstarget;   /* avoid infinitue loop */
535 >                                nstarget = nstarget*sr.rweight/minweight;
536 >                                if (n == nstarget) break;
537 >                                n = -1;         /* moved target */
538 >                        }
539 >                        continue;               /* try again */
540                  }
541 <                                                /* need to offset origin? */
337 <                if (ndp->thick != .0 && ndp->pr->rod > .0 ^ vsmp[2] > .0)
541 >                if (xmit && ndp->thick != 0)    /* need to offset origin? */
542                          VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, -ndp->thick);
543                  rayvalue(&sr);                  /* send & evaluate sample */
544                  multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
# Line 348 | Line 552 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usep
552   static int
553   sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
554   {
555 +        int             hasthru = (sflags == SDsampSpT &&
556 +                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
557 +                                        && bright(ndp->cthru) > FTINY);
558          int             n, ntotal = 0;
559 +        double          b = 0;
560          SDSpectralDF    *dfp;
561          COLORV          *unsc;
562  
563          if (sflags == SDsampSpT) {
564                  unsc = ndp->tunsamp;
565 <                dfp = ndp->sd->tf;
566 <                cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->tLamb);
565 >                if (ndp->pr->rod > 0)
566 >                        dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
567 >                else
568 >                        dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
569          } else /* sflags == SDsampSpR */ {
570                  unsc = ndp->runsamp;
571 <                if (ndp->pr->rod > .0) {
571 >                if (ndp->pr->rod > 0)
572                          dfp = ndp->sd->rf;
573 <                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambFront);
364 <                } else {
573 >                else
574                          dfp = ndp->sd->rb;
366 –                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambBack);
367 –                }
575          }
576 <        multcolor(unsc, ndp->pr->pcol);
576 >        setcolor(unsc,  0, 0, 0);
577          if (dfp == NULL)                        /* no specular component? */
578                  return(0);
579 <                                                /* below sampling threshold? */
580 <        if (dfp->maxHemi <= specthresh+FTINY) {
581 <                if (dfp->maxHemi > FTINY) {     /* XXX no color from BSDF */
582 <                        FVECT   vjit;
583 <                        double  d;
584 <                        COLOR   ctmp;
585 <                        bsdf_jitter(vjit, ndp);
586 <                        d = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd);
579 >
580 >        if (hasthru) {                          /* separate view sample? */
581 >                RAY     tr;
582 >                if (rayorigin(&tr, TRANS, ndp->pr, ndp->cthru) == 0) {
583 >                        VCOPY(tr.rdir, ndp->pr->rdir);
584 >                        rayvalue(&tr);
585 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
586 >                        addcolor(ndp->pr->rcol, tr.rcol);
587 >                        ndp->pr->rxt = ndp->pr->rot + raydistance(&tr);
588 >                        ++ntotal;
589 >                        b = bright(ndp->cthru);
590 >                } else
591 >                        hasthru = 0;
592 >        }
593 >        if (dfp->maxHemi - b <= FTINY) {        /* have specular to sample? */
594 >                b = 0;
595 >        } else {
596 >                FVECT   vjit;
597 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
598 >                b = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd) - b;
599 >                if (b < 0) b = 0;
600 >        }
601 >        if (b <= specthresh+FTINY) {            /* below sampling threshold? */
602 >                if (b > FTINY) {                /* XXX no color from BSDF */
603                          if (sflags == SDsampSpT) {
604 <                                copycolor(ctmp, ndp->pr->pcol);
605 <                                scalecolor(ctmp, d);
604 >                                copycolor(unsc, ndp->pr->pcol);
605 >                                scalecolor(unsc, b);
606                          } else                  /* no pattern on reflection */
607 <                                setcolor(ctmp, d, d, d);
385 <                        addcolor(unsc, ctmp);
607 >                                setcolor(unsc, b, b, b);
608                  }
609 <                return(0);
609 >                return(ntotal);
610          }
611 <                                                /* else need to sample */
612 <        dimlist[ndims++] = (int)(size_t)ndp->mp;
391 <        ndims++;
611 >        dimlist[ndims] = (int)(size_t)ndp->mp;  /* else sample specular */
612 >        ndims += 2;
613          for (n = dfp->ncomp; n--; ) {           /* loop over components */
614                  dimlist[ndims-1] = n + 9438;
615                  ntotal += sample_sdcomp(ndp, &dfp->comp[n], sflags==SDsampSpT);
# Line 401 | Line 622 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
622   int
623   m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
624   {
625 +        int     hasthick = (m->otype == MAT_BSDF);
626 +        int     hitfront;
627          COLOR   ctmp;
628          SDError ec;
629          FVECT   upvec, vtmp;
630          MFUNC   *mf;
631          BSDFDAT nd;
632                                                  /* check arguments */
633 <        if ((m->oargs.nsargs < 6) | (m->oargs.nfargs > 9) |
633 >        if ((m->oargs.nsargs < hasthick+5) | (m->oargs.nfargs > 9) |
634                                  (m->oargs.nfargs % 3))
635                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
636 <
636 >                                                /* record surface struck */
637 >        hitfront = (r->rod > 0);
638                                                  /* load cal file */
639 <        mf = getfunc(m, 5, 0x1d, 1);
640 <                                                /* get thickness */
641 <        nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
642 <        if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
643 <                nd.thick = .0;
644 <                                                /* check shadow */
645 <        if (r->crtype & SHADOW) {
646 <                if (nd.thick != .0)
423 <                        raytrans(r);            /* pass-through */
424 <                return(1);                      /* or shadow */
639 >        mf = hasthick   ? getfunc(m, 5, 0x1d, 1)
640 >                        : getfunc(m, 4, 0xe, 1) ;
641 >        setfunc(m, r);
642 >        nd.thick = 0;                           /* set thickness */
643 >        if (hasthick) {
644 >                nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
645 >                if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
646 >                        nd.thick = 0;
647          }
648 +                                                /* check backface visibility */
649 +        if (!hitfront & !backvis) {
650 +                raytrans(r);
651 +                return(1);
652 +        }
653                                                  /* check other rays to pass */
654 <        if (nd.thick != 0 && (!(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
655 <                                nd.thick > .0 ^ r->rod > .0)) {
654 >        if (nd.thick != 0 && (r->crtype & SHADOW ||
655 >                                !(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
656 >                                (nd.thick > 0) ^ hitfront)) {
657                  raytrans(r);                    /* hide our proxy */
658                  return(1);
659          }
660 +        if (hasthick && r->crtype & SHADOW)     /* early shadow check #1 */
661 +                return(1);
662 +        nd.mp = m;
663 +        nd.pr = r;
664                                                  /* get BSDF data */
665 <        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[1]);
665 >        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[hasthick]);
666 >                                                /* early shadow check #2 */
667 >        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL)) {
668 >                SDfreeCache(nd.sd);
669 >                return(1);
670 >        }
671                                                  /* diffuse reflectance */
672 <        if (r->rod > .0) {
673 <                if (m->oargs.nfargs < 3)
674 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
675 <                else
439 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
672 >        if (hitfront) {
673 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
674 >                if (m->oargs.nfargs >= 3) {
675 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[0],
676                                          m->oargs.farg[1],
677                                          m->oargs.farg[2]);
678 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
679 +                }
680          } else {
681 <                if (m->oargs.nfargs < 6) {      /* check invisible backside */
682 <                        if (!backvis && (nd.sd->rb == NULL) &
683 <                                                (nd.sd->tf == NULL)) {
446 <                                SDfreeCache(nd.sd);
447 <                                raytrans(r);
448 <                                return(1);
449 <                        }
450 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
451 <                } else
452 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
681 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambBack);
682 >                if (m->oargs.nfargs >= 6) {
683 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[3],
684                                          m->oargs.farg[4],
685                                          m->oargs.farg[5]);
686 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
687 +                }
688          }
689                                                  /* diffuse transmittance */
690 <        if (m->oargs.nfargs < 9)
691 <                setcolor(nd.tdiff, .0, .0, .0);
692 <        else
460 <                setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
690 >        cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLamb);
691 >        if (m->oargs.nfargs >= 9) {
692 >                setcolor(ctmp, m->oargs.farg[6],
693                                  m->oargs.farg[7],
694                                  m->oargs.farg[8]);
695 <        nd.mp = m;
696 <        nd.pr = r;
695 >                addcolor(nd.tdiff, ctmp);
696 >        }
697                                                  /* get modifiers */
698          raytexture(r, m->omod);
699                                                  /* modify diffuse values */
700          multcolor(nd.rdiff, r->pcol);
701          multcolor(nd.tdiff, r->pcol);
702                                                  /* get up vector */
703 <        upvec[0] = evalue(mf->ep[1]);
704 <        upvec[1] = evalue(mf->ep[2]);
705 <        upvec[2] = evalue(mf->ep[3]);
703 >        upvec[0] = evalue(mf->ep[hasthick+0]);
704 >        upvec[1] = evalue(mf->ep[hasthick+1]);
705 >        upvec[2] = evalue(mf->ep[hasthick+2]);
706                                                  /* return to world coords */
707 <        if (mf->f != &unitxf) {
708 <                multv3(upvec, upvec, mf->f->xfm);
709 <                nd.thick *= mf->f->sca;
707 >        if (mf->fxp != &unitxf) {
708 >                multv3(upvec, upvec, mf->fxp->xfm);
709 >                nd.thick *= mf->fxp->sca;
710          }
711 +        if (r->rox != NULL) {
712 +                multv3(upvec, upvec, r->rox->f.xfm);
713 +                nd.thick *= r->rox->f.sca;
714 +        }
715          raynormal(nd.pnorm, r);
716                                                  /* compute local BSDF xform */
717          ec = SDcompXform(nd.toloc, nd.pnorm, upvec);
# Line 485 | Line 721 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
721                  nd.vray[2] = -r->rdir[2];
722                  ec = SDmapDir(nd.vray, nd.toloc, nd.vray);
723          }
724 <        if (!ec)
725 <                ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
490 <                                                /* determine BSDF resolution */
491 <        if (!ec)
492 <                ec = SDsizeBSDF(&nd.sr_vpsa, nd.vray, SDqueryMin, nd.sd);
493 <        if (!ec)
494 <                nd.sr_vpsa = sqrt(nd.sr_vpsa);
495 <        else {
496 <                objerror(m, WARNING, transSDError(ec));
724 >        if (ec) {
725 >                objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
726                  SDfreeCache(nd.sd);
727                  return(1);
728          }
729 <        if (r->rod < .0) {                      /* perturb normal towards hit */
729 >        setcolor(nd.cthru, 0, 0, 0);            /* consider through component */
730 >        if (m->otype == MAT_ABSDF) {
731 >                compute_through(&nd);
732 >                if (r->crtype & SHADOW) {
733 >                        RAY     tr;             /* attempt to pass shadow ray */
734 >                        SDfreeCache(nd.sd);
735 >                        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
736 >                                return(1);      /* no through component */
737 >                        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
738 >                        rayvalue(&tr);          /* transmit with scaling */
739 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
740 >                        copycolor(r->rcol, tr.rcol);
741 >                        return(1);              /* we're done */
742 >                }
743 >        }
744 >        ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
745 >        if (!ec)                                /* determine BSDF resolution */
746 >                ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL,
747 >                                        SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
748 >        if (ec)
749 >                objerror(m, USER, transSDError(ec));
750 >
751 >        nd.sr_vpsa[0] = sqrt(nd.sr_vpsa[0]);
752 >        nd.sr_vpsa[1] = sqrt(nd.sr_vpsa[1]);
753 >        if (!hitfront) {                        /* perturb normal towards hit */
754                  nd.pnorm[0] = -nd.pnorm[0];
755                  nd.pnorm[1] = -nd.pnorm[1];
756                  nd.pnorm[2] = -nd.pnorm[2];
# Line 510 | Line 763 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
763          copycolor(ctmp, nd.rdiff);
764          addcolor(ctmp, nd.runsamp);
765          if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from reflection */
766 <                if (r->rod < .0)
766 >                if (!hitfront)
767                          flipsurface(r);
768                  multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
769                  addcolor(r->rcol, ctmp);
770 <                if (r->rod < .0)
770 >                if (!hitfront)
771                          flipsurface(r);
772          }
773          copycolor(ctmp, nd.tdiff);
774          addcolor(ctmp, nd.tunsamp);
775          if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from other side */
776                  FVECT  bnorm;
777 <                if (r->rod > .0)
777 >                if (hitfront)
778                          flipsurface(r);
779                  bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
780                  bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
781                  bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
782 <                if (nd.thick != .0) {           /* proxy with offset? */
782 >                if (nd.thick != 0) {            /* proxy with offset? */
783                          VCOPY(vtmp, r->rop);
784 <                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, -nd.thick);
784 >                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, nd.thick);
785                          multambient(ctmp, r, bnorm);
786                          VCOPY(r->rop, vtmp);
787                  } else
788                          multambient(ctmp, r, bnorm);
789                  addcolor(r->rcol, ctmp);
790 <                if (r->rod > .0)
790 >                if (hitfront)
791                          flipsurface(r);
792          }
793                                                  /* add direct component */
794 <        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL)) {
794 >        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL) &
795 >                                        (nd.sd->tb == NULL)) {
796                  direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection only */
797 <        } else if (nd.thick == .0) {
797 >        } else if (nd.thick == 0) {
798                  direct(r, dir_bsdf, &nd);       /* thin surface scattering */
799          } else {
800                  direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection first */
801                  VCOPY(vtmp, r->rop);            /* offset for transmitted */
802                  VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, -nd.thick);
803 <                direct(r, dir_btdf, &nd);
803 >                direct(r, dir_btdf, &nd);       /* separate transmission */
804                  VCOPY(r->rop, vtmp);
805          }
806                                                  /* clean up */

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