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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.49 by greg, Sat May 12 02:32:10 2018 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"
# Line 16 | Line 17 | static const char RCSid[] = "$Id$";
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.
# 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 < *      When thickness is set to zero, shadow rays will be blocked unless
40 < *  a BTDF has a strong "through" component in the source direction.
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 52 | Line 55 | static const char RCSid[] = "$Id$";
55   *  not multiplied.  However, patterns affect this material as a multiplier
56   *  on everything except non-diffuse reflection.
57   *
58 + *  Arguments for MAT_ABSDF are:
59 + *      5+      BSDFfile        ux uy uz        funcfile        transform
60 + *      0
61 + *      0|3|6|9 rdf     gdf     bdf
62 + *              rdb     gdb     bdb
63 + *              rdt     gdt     bdt
64 + *
65   *  Arguments for MAT_BSDF are:
66   *      6+      thick   BSDFfile        ux uy uz        funcfile        transform
67   *      0
# Line 76 | Line 86 | typedef struct {
86          RREAL   toloc[3][3];    /* world to local BSDF coords */
87          RREAL   fromloc[3][3];  /* local BSDF coords to world */
88          double  thick;          /* surface thickness */
89 <        COLOR   cthru;          /* "through" component multiplier */
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 */
# Line 86 | Line 96 | typedef struct {
96  
97   #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
98  
99 < /* Compute "through" component color */
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   compute_through(BSDFDAT *ndp)
118   {
119 < #define NDIR2CHECK      13
119 > #define NDIR2CHECK      29
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},
105 <                                        {0, 1.6},
106 <                                        {0, -1.6},
107 <                                        {1.6, 0},
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 <        COLOR           vpeak, vsum;
138 <        int             i;
137 >        double          tomsum;
138 >        COLOR           vpeak;
139 >        double          vypeak, vysum;
140 >        int             i, ns, ntot;
141          SDError         ec;
142  
117        setcolor(ndp->cthru, 0, 0, 0);          /* starting assumption */
118
143          if (ndp->pr->rod > 0)
144                  dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
145          else
# Line 125 | Line 149 | compute_through(BSDFDAT *ndp)
149                  return;                         /* no specular transmission */
150          if (bright(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
151                  return;                         /* pattern is black, here */
152 <        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else search for peak */
153 <        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
130 <        setcolor(vsum, 0, 0, 0);
131 <        pdir[2] = 0.0;
152 >        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else evaluate peak */
153 >        vysum = 0;
154          for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
133                FVECT   tdir;
155                  SDValue sv;
156 <                COLOR   vcol;
157 <                tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
158 <                tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
159 <                tdir[2] = -ndp->vray[2];
160 <                normalize(tdir);
140 <                ec = SDevalBSDF(&sv, tdir, ndp->vray, ndp->sd);
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(vcol, &sv);
164 <                addcolor(vsum, vcol);
165 <                if (sv.cieY > bright(vpeak)) {
166 <                        copycolor(vpeak, vcol);
167 <                        VCOPY(pdir, tdir);
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 (pdir[2] == 0.0)
197 <                return;                         /* zero neighborhood */
198 <        ec = SDsizeBSDF(&tomega, pdir, ndp->vray, SDqueryMin, ndp->sd);
153 <        if (ec)
154 <                goto baderror;
155 <        if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA)
156 <                return;                         /* not really a peak? */
157 <        tomega /= fabs(pdir[2]);                /* remove cosine factor */
158 <        if ((bright(vpeak) - ndp->sd->tLamb.cieY*(1./PI))*tomega <= .001)
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 <        for (i = 3; i--; )                      /* remove peak from average */
161 <                colval(vsum,i) -= colval(vpeak,i);
162 <        if (peak_over*bright(vsum) >= (NDIR2CHECK-1)*bright(vpeak))
163 <                return;                         /* not peaky enough */
164 <        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* else use it */
165 <        scalecolor(ndp->cthru, tomega);
200 >        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* already scaled by omega */
201          multcolor(ndp->cthru, ndp->pr->pcol);   /* modify by pattern */
202          return;
203   baderror:
# Line 228 | Line 263 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
263                  diffY = 0;
264                  setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
265          }
266 <                                        /* need projected solid angles */
266 >                                        /* need projected solid angle */
267          omega *= fabs(vsrc[2]);
233        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
234        if (ec)
235                goto baderror;
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 <                if (dx*dx + dy*dy <= (1.5*4./PI)*(omega + tomega +
273 <                                                2.*sqrt(omega*tomega)))
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)
# Line 274 | Line 313 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
313                  if (tomega2 < .12*tomega)
314                          continue;       /* not safe to include */
315                  cvt_sdcolor(csmp, &sv);
316 <
317 <                if (sf < 2.5*tsr) {     /* weight by Y for small sources */
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 <                        wtot += 1.;
321 > #endif
322 >                wtot += 1.;
323                  addcolor(cval, csmp);
324          }
325          if (wtot <= FTINY)              /* no valid specular samples? */
# Line 544 | Line 584 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
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
# Line 581 | 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;
# Line 588 | Line 630 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
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                                                  /* record surface struck */
637          hitfront = (r->rod > 0);
638                                                  /* load cal file */
639 <        mf = getfunc(m, 5, 0x1d, 1);
639 >        mf = hasthick   ? getfunc(m, 5, 0x1d, 1)
640 >                        : getfunc(m, 4, 0xe, 1) ;
641          setfunc(m, r);
642 <                                                /* get thickness */
643 <        nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
644 <        if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
645 <                nd.thick = 0;
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);
# Line 612 | Line 657 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
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]);
666 <                                                /* early shadow check */
667 <        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL))
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 (hitfront) {
673                  cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
# Line 651 | Line 700 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
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->fxp != &unitxf) {
708                  multv3(upvec, upvec, mf->fxp->xfm);
# Line 674 | Line 723 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
723          }
724          if (ec) {
725                  objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
726 +                SDfreeCache(nd.sd);
727                  return(1);
728          }
729 <        compute_through(&nd);                   /* compute through component */
730 <        if (r->crtype & SHADOW) {
731 <                RAY     tr;                     /* attempt to pass shadow ray */
732 <                if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
733 <                        return(1);              /* no through component */
734 <                VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
735 <                rayvalue(&tr);                  /* transmit with scaling */
736 <                multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
737 <                copycolor(r->rcol, tr.rcol);
738 <                return(1);                      /* we're done */
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 */

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