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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.4 by greg, Sat Feb 19 23:42:09 2011 UTC vs.
Revision 2.59 by greg, Wed Jun 3 02:27:32 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 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   */
# Line 50 | 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 59 | 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 */
70 –        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      13
120 >        static const float      dir2check[NDIR2CHECK][2] = {
121 >                                        {0, 0},
122 >                                        {-0.8, 0},
123 >                                        {0, 0.8},
124 >                                        {0, -0.8},
125 >                                        {0.8, 0},
126 >                                        {-0.8, 0.8},
127 >                                        {-0.8, -0.8},
128 >                                        {0.8, 0.8},
129 >                                        {0.8, -0.8},
130 >                                        {-1.6, 0},
131 >                                        {0, 1.6},
132 >                                        {0, -1.6},
133 >                                        {1.6, 0},
134 >                                };
135 >        const double    peak_over = 1.5;
136 >        PEAKSAMP        psamp[NDIR2CHECK];
137 >        SDSpectralDF    *dfp;
138 >        FVECT           pdir;
139 >        double          tomega, srchrad;
140 >        double          tomsum;
141 >        COLOR           vpeak;
142 >        double          vypeak, vysum;
143 >        int             i, ns, ntot;
144 >        SDError         ec;
145  
146 +        if (ndp->pr->rod > 0)
147 +                dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
148 +        else
149 +                dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
150 +
151 +        if (dfp == NULL)
152 +                return;                         /* no specular transmission */
153 +        if (bright(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
154 +                return;                         /* pattern is black, here */
155 +        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else evaluate peak */
156 +        vysum = 0;
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 +                vysum += psamp[i].vy = sv.cieY;
168 +        }
169 +        if (vysum <= FTINY)                     /* zero neighborhood? */
170 +                return;
171 +        qsort(psamp, NDIR2CHECK, sizeof(PEAKSAMP), cmp_psamp);
172 +        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
173 +        vypeak = tomsum = 0;                    /* combine top unique values */
174 +        ns = 0; ntot = NDIR2CHECK;
175 +        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
176 +                if (i) {
177 +                        if (psamp[i].vy == psamp[i-1].vy) {
178 +                                vysum -= psamp[i].vy;
179 +                                --ntot;
180 +                                continue;       /* assume duplicate sample */
181 +                        }
182 +                        if (vypeak > 8.*psamp[i].vy*ns)
183 +                                continue;       /* peak cut-off */
184 +                }
185 +                ec = SDsizeBSDF(&tomega, psamp[i].tdir, ndp->vray,
186 +                                                SDqueryMin, ndp->sd);
187 +                if (ec)
188 +                        goto baderror;
189 +                if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA) {
190 +                        if (!i) return;         /* not really a peak? */
191 +                        continue;
192 +                }
193 +                scalecolor(psamp[i].vcol, tomega);
194 +                addcolor(vpeak, psamp[i].vcol);
195 +                tomsum += tomega;
196 +                vypeak += psamp[i].vy;
197 +                ++ns;
198 +        }
199 +        if (vypeak*(ntot-ns) < peak_over*(vysum-vypeak)*ns)
200 +                return;                         /* peak not peaky enough */
201 +        if ((vypeak/ns - ndp->sd->tLamb.cieY*(1./PI))*tomsum <= .001)
202 +                return;                         /* < 0.1% transmission */
203 +        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* already scaled by omega */
204 +        multcolor(ndp->cthru, ndp->pr->pcol);   /* modify by pattern */
205 +        return;
206 + baderror:
207 +        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
208 + #undef NDIR2CHECK
209 + }
210 +
211 + /* Jitter ray sample according to projected solid angle and specjitter */
212 + static void
213 + bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
214 + {
215          VCOPY(vres, ndp->vray);
216          if (specjitter < 1.)
217                  sr_psa *= specjitter;
# Line 88 | Line 222 | bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp)
222          normalize(vres);
223   }
224  
225 < /* Compute source contribution for BSDF */
225 > /* Get BSDF specular for direct component, returning true if OK to proceed */
226 > static int
227 > direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
228 > {
229 >        int     nsamp;
230 >        double  wtot = 0;
231 >        FVECT   vsrc, vsmp, vjit;
232 >        double  tomega, tomega2;
233 >        double  sf, tsr, sd[2];
234 >        COLOR   csmp, cdiff;
235 >        double  diffY;
236 >        SDValue sv;
237 >        SDError ec;
238 >        int     i;
239 >                                        /* in case we fail */
240 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
241 >                                        /* transform source direction */
242 >        if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
243 >                return(0);
244 >                                        /* will discount diffuse portion */
245 >        switch ((vsrc[2] > 0)<<1 | (ndp->vray[2] > 0)) {
246 >        case 3:
247 >                if (ndp->sd->rf == NULL)
248 >                        return(0);      /* all diffuse */
249 >                sv = ndp->sd->rLambFront;
250 >                break;
251 >        case 0:
252 >                if (ndp->sd->rb == NULL)
253 >                        return(0);      /* all diffuse */
254 >                sv = ndp->sd->rLambBack;
255 >                break;
256 >        default:
257 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
258 >                        return(0);      /* all diffuse */
259 >                sv = ndp->sd->tLamb;
260 >                break;
261 >        }
262 >        if (sv.cieY > FTINY) {
263 >                diffY = sv.cieY *= 1./PI;
264 >                cvt_sdcolor(cdiff, &sv);
265 >        } else {
266 >                diffY = 0;
267 >                setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
268 >        }
269 >                                        /* need projected solid angle */
270 >        omega *= fabs(vsrc[2]);
271 >                                        /* check indirect over-counting */
272 >        if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && bright(ndp->cthru) > FTINY) {
273 >                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
274 >                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
275 >                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
276 >                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
277 >                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
278 >
279 >                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(omega + dfp->minProjSA +
280 >                                                2.*sqrt(omega*dfp->minProjSA)))
281 >                        return(0);
282 >        }
283 >        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
284 >        if (ec)
285 >                goto baderror;
286 >                                        /* assign number of samples */
287 >        sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
288 >        if (tomega <= 0)
289 >                nsamp = 1;
290 >        else if (25.*tomega <= omega)
291 >                nsamp = 100.*sf + .5;
292 >        else
293 >                nsamp = 4.*sf*omega/tomega + .5;
294 >        nsamp += !nsamp;
295 >        sf = sqrt(omega);               /* sample our source area */
296 >        tsr = sqrt(tomega);
297 >        for (i = nsamp; i--; ) {
298 >                VCOPY(vsmp, vsrc);      /* jitter query directions */
299 >                if (nsamp > 1) {
300 >                        multisamp(sd, 2, (i + frandom())/(double)nsamp);
301 >                        vsmp[0] += (sd[0] - .5)*sf;
302 >                        vsmp[1] += (sd[1] - .5)*sf;
303 >                        normalize(vsmp);
304 >                }
305 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
306 >                                        /* compute BSDF */
307 >                ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsmp, ndp->sd);
308 >                if (ec)
309 >                        goto baderror;
310 >                if (sv.cieY - diffY <= FTINY)
311 >                        continue;       /* no specular part */
312 >                                        /* check for variable resolution */
313 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega2, vjit, vsmp, SDqueryMin, ndp->sd);
314 >                if (ec)
315 >                        goto baderror;
316 >                if (tomega2 < .12*tomega)
317 >                        continue;       /* not safe to include */
318 >                cvt_sdcolor(csmp, &sv);
319 > #if 0
320 >                if (sf < 2.5*tsr) {     /* weight by BSDF for small sources */
321 >                        scalecolor(csmp, sv.cieY);
322 >                        wtot += sv.cieY;
323 >                } else
324 > #endif
325 >                wtot += 1.;
326 >                addcolor(cval, csmp);
327 >        }
328 >        if (wtot <= FTINY)              /* no valid specular samples? */
329 >                return(0);
330 >
331 >        sf = 1./wtot;                   /* weighted average BSDF */
332 >        scalecolor(cval, sf);
333 >                                        /* subtract diffuse contribution */
334 >        for (i = 3*(diffY > FTINY); i--; )
335 >                if ((colval(cval,i) -= colval(cdiff,i)) < 0)
336 >                        colval(cval,i) = 0;
337 >        return(1);
338 > baderror:
339 >        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
340 >        return(0);                      /* gratis return */
341 > }
342 >
343 > /* Compute source contribution for BSDF (reflected & transmitted) */
344   static void
345 < dirbsdf(
345 > dir_bsdf(
346          COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
347          void  *nnp,                     /* material data */
348          FVECT  ldir,                    /* light source direction */
# Line 98 | Line 350 | dirbsdf(
350   )
351   {
352          BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
101 –        SDError         ec;
102 –        SDValue         sv;
103 –        FVECT           vsrc;
104 –        FVECT           vjit;
353          double          ldot;
354          double          dtmp;
355          COLOR           ctmp;
356  
357 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
357 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
358  
359          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
360          if ((-FTINY <= ldot) & (ldot <= FTINY))
361                  return;
362  
363 <        if (ldot > .0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
363 >        if (ldot > 0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
364                  /*
365 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
365 >                 *  Compute diffuse reflected component
366                   */
367                  copycolor(ctmp, np->rdiff);
368                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
369                  scalecolor(ctmp, dtmp);
370                  addcolor(cval, ctmp);
371          }
372 <        if (ldot < .0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
372 >        if (ldot < 0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
373                  /*
374 <                 *  Compute added diffuse transmission.
374 >                 *  Compute diffuse transmission
375                   */
376                  copycolor(ctmp, np->tdiff);
377                  dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
378                  scalecolor(ctmp, dtmp);
379                  addcolor(cval, ctmp);
380          }
381 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
382 +                return;         /* specular already in photon map */
383          /*
384 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
384 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
385           */
386 <        if (SDmapDir(vsrc, np->toloc, ldir) != SDEnone)
386 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
387                  return;
388 <        bsdf_jitter(vjit, np);
139 <        ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsrc, np->sd);
140 <        if (ec)
141 <                objerror(np->mp, USER, transSDError(ec));
142 <
143 <        if (sv.cieY <= FTINY)           /* not worth using? */
144 <                return;
145 <        cvt_sdcolor(ctmp, &sv);
146 <        if (ldot > .0) {                /* pattern only diffuse reflection */
147 <                COLOR   ctmp1, ctmp2;
148 <                dtmp = (np->pr->rod > .0) ? np->sd->rLambFront.cieY
149 <                                        : np->sd->rLambBack.cieY;
150 <                dtmp /= PI * sv.cieY;   /* diffuse fraction */
151 <                copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
152 <                scalecolor(ctmp2, dtmp);
153 <                setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
154 <                addcolor(ctmp1, ctmp2);
155 <                multcolor(ctmp, ctmp1); /* apply derated pattern */
156 <                dtmp = ldot * omega;
157 <        } else {                        /* full pattern on transmission */
388 >        if (ldot < 0) {         /* pattern for specular transmission */
389                  multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
390                  dtmp = -ldot * omega;
391 +        } else
392 +                dtmp = ldot * omega;
393 +        scalecolor(ctmp, dtmp);
394 +        addcolor(cval, ctmp);
395 + }
396 +
397 + /* Compute source contribution for BSDF (reflected only) */
398 + static void
399 + dir_brdf(
400 +        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
401 +        void  *nnp,                     /* material data */
402 +        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
403 +        double  omega                   /* light source size */
404 + )
405 + {
406 +        BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
407 +        double          ldot;
408 +        double          dtmp;
409 +        COLOR           ctmp, ctmp1, ctmp2;
410 +
411 +        setcolor(cval,  0, 0, 0);
412 +
413 +        ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
414 +        
415 +        if (ldot <= FTINY)
416 +                return;
417 +
418 +        if (bright(np->rdiff) > FTINY) {
419 +                /*
420 +                 *  Compute diffuse reflected component
421 +                 */
422 +                copycolor(ctmp, np->rdiff);
423 +                dtmp = ldot * omega * (1./PI);
424 +                scalecolor(ctmp, dtmp);
425 +                addcolor(cval, ctmp);
426          }
427 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
428 +                return;         /* specular already in photon map */
429 +        /*
430 +         *  Compute specular reflection coefficient using BSDF
431 +         */
432 +        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
433 +                return;
434 +        dtmp = ldot * omega;
435          scalecolor(ctmp, dtmp);
436          addcolor(cval, ctmp);
437   }
438  
439 + /* Compute source contribution for BSDF (transmitted only) */
440 + static void
441 + dir_btdf(
442 +        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
443 +        void  *nnp,                     /* material data */
444 +        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
445 +        double  omega                   /* light source size */
446 + )
447 + {
448 +        BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
449 +        double          ldot;
450 +        double          dtmp;
451 +        COLOR           ctmp;
452 +
453 +        setcolor(cval,  0, 0, 0);
454 +
455 +        ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
456 +
457 +        if (ldot >= -FTINY)
458 +                return;
459 +
460 +        if (bright(np->tdiff) > FTINY) {
461 +                /*
462 +                 *  Compute diffuse transmission
463 +                 */
464 +                copycolor(ctmp, np->tdiff);
465 +                dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
466 +                scalecolor(ctmp, dtmp);
467 +                addcolor(cval, ctmp);
468 +        }
469 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
470 +                return;         /* specular already in photon map */
471 +        /*
472 +         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
473 +         */
474 +        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
475 +                return;
476 +                                        /* full pattern on transmission */
477 +        multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
478 +        dtmp = -ldot * omega;
479 +        scalecolor(ctmp, dtmp);
480 +        addcolor(cval, ctmp);
481 + }
482 +
483   /* Sample separate BSDF component */
484   static int
485 < sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usepat)
485 > sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit)
486   {
487 <        int     nstarget = 1;
488 <        int     nsent = 0;
489 <        SDError ec;
490 <        SDValue bsv;
491 <        double  sthick;
492 <        FVECT   vjit, vsmp;
493 <        RAY     sr;
494 <        int     ntrials;
487 >        const int       hasthru = (xmit &&
488 >                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
489 >                                        && bright(ndp->cthru) > FTINY);
490 >        int             nstarget = 1;
491 >        int             nsent = 0;
492 >        int             n;
493 >        SDError         ec;
494 >        SDValue         bsv;
495 >        double          xrand;
496 >        FVECT           vsmp, vinc;
497 >        RAY             sr;
498                                                  /* multiple samples? */
499          if (specjitter > 1.5) {
500                  nstarget = specjitter*ndp->pr->rweight + .5;
501 <                if (nstarget < 1)
181 <                        nstarget = 1;
501 >                nstarget += !nstarget;
502          }
503 <                                                /* run through our trials */
504 <        for (ntrials = 0; nsent < nstarget && ntrials < 9*nstarget; ntrials++) {
505 <                SDerrorDetail[0] = '\0';
506 <                                                /* sample direction & coef. */
507 <                bsdf_jitter(vjit, ndp);
508 <                ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, vjit, ntrials ? frandom()
509 <                                : urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx), dcp);
503 >                                                /* run through our samples */
504 >        for (n = 0; n < nstarget; n++) {
505 >                if (nstarget == 1) {            /* stratify random variable */
506 >                        xrand = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
507 >                        if (specjitter < 1.)
508 >                                xrand = .5 + specjitter*(xrand-.5);
509 >                } else {
510 >                        xrand = (n + frandom())/(double)nstarget;
511 >                }
512 >                SDerrorDetail[0] = '\0';        /* sample direction & coef. */
513 >                bsdf_jitter(vsmp, ndp, ndp->sr_vpsa[0]);
514 >                VCOPY(vinc, vsmp);              /* to compare after */
515 >                ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, xrand, dcp);
516                  if (ec)
517                          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
518 <                                                /* zero component? */
193 <                if (bsv.cieY <= FTINY)
518 >                if (bsv.cieY <= FTINY)          /* zero component? */
519                          break;
520 <                                                /* map vector to world */
520 >                if (hasthru) {                  /* check for view ray */
521 >                        double  dx = vinc[0] + vsmp[0];
522 >                        double  dy = vinc[1] + vsmp[1];
523 >                        if (dx*dx + dy*dy <= ndp->sr_vpsa[0]*ndp->sr_vpsa[0])
524 >                                continue;       /* exclude view sample */
525 >                }
526 >                                                /* map non-view sample->world */
527                  if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vsmp) != SDEnone)
528                          break;
198 –                                                /* unintentional penetration? */
199 –                if (DOT(sr.rdir, ndp->pr->ron) > .0 ^ vsmp[2] > .0)
200 –                        continue;
529                                                  /* spawn a specular ray */
530                  if (nstarget > 1)
531                          bsv.cieY /= (double)nstarget;
532 <                cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use color */
533 <                if (usepat)                     /* pattern on transmission */
532 >                cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use sample color */
533 >                if (xmit)                       /* apply pattern on transmit */
534                          multcolor(sr.rcoef, ndp->pr->pcol);
535                  if (rayorigin(&sr, SPECULAR, ndp->pr, sr.rcoef) < 0) {
536 <                        if (maxdepth  > 0)
537 <                                break;
538 <                        ++nsent;                /* Russian roulette victim */
539 <                        continue;
536 >                        if (!n & (nstarget > 1)) {
537 >                                n = nstarget;   /* avoid infinitue loop */
538 >                                nstarget = nstarget*sr.rweight/minweight;
539 >                                if (n == nstarget) break;
540 >                                n = -1;         /* moved target */
541 >                        }
542 >                        continue;               /* try again */
543                  }
544 <                if (ndp->thick > FTINY) {       /* need to move origin? */
545 <                        sthick = (ndp->pr->rod > .0) ? -ndp->thick : ndp->thick;
215 <                        if (sthick < .0 ^ vsmp[2] > .0)
216 <                                VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, sthick);
217 <                }
544 >                if (xmit && ndp->thick != 0)    /* need to offset origin? */
545 >                        VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, -ndp->thick);
546                  rayvalue(&sr);                  /* send & evaluate sample */
547                  multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
548                  addcolor(ndp->pr->rcol, sr.rcol);
# Line 227 | Line 555 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usep
555   static int
556   sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
557   {
558 +        int             hasthru = (sflags == SDsampSpT &&
559 +                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
560 +                                        && bright(ndp->cthru) > FTINY);
561          int             n, ntotal = 0;
562 +        double          b = 0;
563          SDSpectralDF    *dfp;
564          COLORV          *unsc;
565  
566          if (sflags == SDsampSpT) {
567                  unsc = ndp->tunsamp;
568 <                dfp = ndp->sd->tf;
569 <                cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->tLamb);
568 >                if (ndp->pr->rod > 0)
569 >                        dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
570 >                else
571 >                        dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
572          } else /* sflags == SDsampSpR */ {
573                  unsc = ndp->runsamp;
574 <                if (ndp->pr->rod > .0) {
574 >                if (ndp->pr->rod > 0)
575                          dfp = ndp->sd->rf;
576 <                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambFront);
243 <                } else {
576 >                else
577                          dfp = ndp->sd->rb;
245 –                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambBack);
246 –                }
578          }
579 <        multcolor(unsc, ndp->pr->pcol);
579 >        setcolor(unsc,  0, 0, 0);
580          if (dfp == NULL)                        /* no specular component? */
581                  return(0);
582 <                                                /* below sampling threshold? */
583 <        if (dfp->maxHemi <= specthresh+FTINY) {
584 <                if (dfp->maxHemi > FTINY) {     /* XXX no color from BSDF */
585 <                        FVECT   vjit;
586 <                        double  d;
587 <                        COLOR   ctmp;
588 <                        bsdf_jitter(vjit, ndp);
589 <                        d = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd);
582 >
583 >        if (hasthru) {                          /* separate view sample? */
584 >                RAY     tr;
585 >                if (rayorigin(&tr, TRANS, ndp->pr, ndp->cthru) == 0) {
586 >                        VCOPY(tr.rdir, ndp->pr->rdir);
587 >                        rayvalue(&tr);
588 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
589 >                        addcolor(ndp->pr->rcol, tr.rcol);
590 >                        ndp->pr->rxt = ndp->pr->rot + raydistance(&tr);
591 >                        ++ntotal;
592 >                        b = bright(ndp->cthru);
593 >                } else
594 >                        hasthru = 0;
595 >        }
596 >        if (dfp->maxHemi - b <= FTINY) {        /* have specular to sample? */
597 >                b = 0;
598 >        } else {
599 >                FVECT   vjit;
600 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
601 >                b = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd) - b;
602 >                if (b < 0) b = 0;
603 >        }
604 >        if (b <= specthresh+FTINY) {            /* below sampling threshold? */
605 >                if (b > FTINY) {                /* XXX no color from BSDF */
606                          if (sflags == SDsampSpT) {
607 <                                copycolor(ctmp, ndp->pr->pcol);
608 <                                scalecolor(ctmp, d);
607 >                                copycolor(unsc, ndp->pr->pcol);
608 >                                scalecolor(unsc, b);
609                          } else                  /* no pattern on reflection */
610 <                                setcolor(ctmp, d, d, d);
264 <                        addcolor(unsc, ctmp);
610 >                                setcolor(unsc, b, b, b);
611                  }
612 <                return(0);
612 >                return(ntotal);
613          }
614 <                                                /* else need to sample */
615 <        dimlist[ndims++] = (int)(size_t)ndp->mp;
270 <        ndims++;
614 >        dimlist[ndims] = (int)(size_t)ndp->mp;  /* else sample specular */
615 >        ndims += 2;
616          for (n = dfp->ncomp; n--; ) {           /* loop over components */
617                  dimlist[ndims-1] = n + 9438;
618                  ntotal += sample_sdcomp(ndp, &dfp->comp[n], sflags==SDsampSpT);
# Line 280 | Line 625 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
625   int
626   m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
627   {
628 +        int     hasthick = (m->otype == MAT_BSDF);
629 +        int     hitfront;
630          COLOR   ctmp;
631          SDError ec;
632 <        FVECT   upvec, outVec;
632 >        FVECT   upvec, vtmp;
633          MFUNC   *mf;
634          BSDFDAT nd;
635                                                  /* check arguments */
636 <        if ((m->oargs.nsargs < 6) | (m->oargs.nfargs > 9) |
636 >        if ((m->oargs.nsargs < hasthick+5) | (m->oargs.nfargs > 9) |
637                                  (m->oargs.nfargs % 3))
638                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
639 <
640 <                                                /* get BSDF data */
294 <        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[1]);
639 >                                                /* record surface struck */
640 >        hitfront = (r->rod > 0);
641                                                  /* load cal file */
642 <        mf = getfunc(m, 5, 0x1d, 1);
643 <                                                /* get thickness */
644 <        nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
645 <        if (nd.thick < .0)
646 <                nd.thick = .0;
647 <                                                /* check shadow */
648 <        if (r->crtype & SHADOW) {
649 <                if ((nd.thick > FTINY) & (nd.sd->tf != NULL))
304 <                        raytrans(r);            /* pass-through */
305 <                SDfreeCache(nd.sd);
306 <                return(1);                      /* else shadow */
642 >        mf = hasthick   ? getfunc(m, 5, 0x1d, 1)
643 >                        : getfunc(m, 4, 0xe, 1) ;
644 >        setfunc(m, r);
645 >        nd.thick = 0;                           /* set thickness */
646 >        if (hasthick) {
647 >                nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
648 >                if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
649 >                        nd.thick = 0;
650          }
651 <                                                /* check unscattered ray */
652 <        if (!(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) &&
653 <                        (nd.thick > FTINY) & (nd.sd->tf != NULL)) {
651 >                                                /* check backface visibility */
652 >        if (!hitfront & !backvis) {
653 >                raytrans(r);
654 >                return(1);
655 >        }
656 >                                                /* check other rays to pass */
657 >        if (nd.thick != 0 && (r->crtype & SHADOW ||
658 >                                !(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
659 >                                (nd.thick > 0) ^ hitfront)) {
660 >                raytrans(r);                    /* hide our proxy */
661 >                return(1);
662 >        }
663 >        if (hasthick && r->crtype & SHADOW)     /* early shadow check #1 */
664 >                return(1);
665 >        nd.mp = m;
666 >        nd.pr = r;
667 >                                                /* get BSDF data */
668 >        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[hasthick]);
669 >                                                /* early shadow check #2 */
670 >        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL)) {
671                  SDfreeCache(nd.sd);
312 –                raytrans(r);                    /* pass-through */
672                  return(1);
673          }
674                                                  /* diffuse reflectance */
675 <        if (r->rod > .0) {
676 <                if (m->oargs.nfargs < 3)
677 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
678 <                else
320 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
675 >        if (hitfront) {
676 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
677 >                if (m->oargs.nfargs >= 3) {
678 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[0],
679                                          m->oargs.farg[1],
680                                          m->oargs.farg[2]);
681 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
682 +                }
683          } else {
684 <                if (m->oargs.nfargs < 6) {      /* check invisible backside */
685 <                        if (!backvis && (nd.sd->rb == NULL) &
686 <                                                (nd.sd->tf == NULL)) {
327 <                                SDfreeCache(nd.sd);
328 <                                raytrans(r);
329 <                                return(1);
330 <                        }
331 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
332 <                } else
333 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
684 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambBack);
685 >                if (m->oargs.nfargs >= 6) {
686 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[3],
687                                          m->oargs.farg[4],
688                                          m->oargs.farg[5]);
689 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
690 +                }
691          }
692                                                  /* diffuse transmittance */
693 <        if (m->oargs.nfargs < 9)
694 <                setcolor(nd.tdiff, .0, .0, .0);
695 <        else
341 <                setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
693 >        cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLamb);
694 >        if (m->oargs.nfargs >= 9) {
695 >                setcolor(ctmp, m->oargs.farg[6],
696                                  m->oargs.farg[7],
697                                  m->oargs.farg[8]);
698 <        nd.mp = m;
699 <        nd.pr = r;
698 >                addcolor(nd.tdiff, ctmp);
699 >        }
700                                                  /* get modifiers */
701          raytexture(r, m->omod);
348 –        if (bright(r->pcol) <= FTINY) {         /* black pattern?! */
349 –                SDfreeCache(nd.sd);
350 –                return(1);
351 –        }
702                                                  /* modify diffuse values */
703          multcolor(nd.rdiff, r->pcol);
704          multcolor(nd.tdiff, r->pcol);
705                                                  /* get up vector */
706 <        upvec[0] = evalue(mf->ep[1]);
707 <        upvec[1] = evalue(mf->ep[2]);
708 <        upvec[2] = evalue(mf->ep[3]);
706 >        upvec[0] = evalue(mf->ep[hasthick+0]);
707 >        upvec[1] = evalue(mf->ep[hasthick+1]);
708 >        upvec[2] = evalue(mf->ep[hasthick+2]);
709                                                  /* return to world coords */
710 <        if (mf->f != &unitxf) {
711 <                multv3(upvec, upvec, mf->f->xfm);
712 <                nd.thick *= mf->f->sca;
710 >        if (mf->fxp != &unitxf) {
711 >                multv3(upvec, upvec, mf->fxp->xfm);
712 >                nd.thick *= mf->fxp->sca;
713          }
714 +        if (r->rox != NULL) {
715 +                multv3(upvec, upvec, r->rox->f.xfm);
716 +                nd.thick *= r->rox->f.sca;
717 +        }
718          raynormal(nd.pnorm, r);
719                                                  /* compute local BSDF xform */
720          ec = SDcompXform(nd.toloc, nd.pnorm, upvec);
# Line 370 | Line 724 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
724                  nd.vray[2] = -r->rdir[2];
725                  ec = SDmapDir(nd.vray, nd.toloc, nd.vray);
726          }
727 <        if (!ec)
728 <                ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
375 <                                                /* determine BSDF resolution */
376 <        if (!ec)
377 <                ec = SDsizeBSDF(&nd.sr_vpsa, nd.vray, SDqueryMin, nd.sd);
378 <        if (!ec)
379 <                nd.sr_vpsa = sqrt(nd.sr_vpsa);
380 <        else {
381 <                objerror(m, WARNING, transSDError(ec));
727 >        if (ec) {
728 >                objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
729                  SDfreeCache(nd.sd);
730                  return(1);
731          }
732 <        
733 <        if (r->rod < .0) {                      /* perturb normal towards hit */
732 >        setcolor(nd.cthru, 0, 0, 0);            /* consider through component */
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 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
743 >                        copycolor(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 395 | Line 765 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
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)
768 >        if (bright(ctmp) > 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)
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 */
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);
785 >                if (nd.thick != 0) {            /* proxy with offset? */
786 >                        VCOPY(vtmp, r->rop);
787 >                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, nd.thick);
788 >                        multambient(ctmp, r, bnorm);
789 >                        VCOPY(r->rop, vtmp);
790 >                } else
791 >                        multambient(ctmp, r, bnorm);
792                  addcolor(r->rcol, ctmp);
793 <                if (r->rod > .0)
793 >                if (hitfront)
794                          flipsurface(r);
795          }
796                                                  /* add direct component */
797 <        direct(r, dirbsdf, &nd);
797 >        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL) &
798 >                                        (nd.sd->tb == NULL)) {
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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