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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.48 by greg, Fri May 11 14:26:24 2018 UTC vs.
Revision 2.62 by greg, Sat Mar 27 17:50:18 2021 UTC

# Line 8 | Line 8 | static const char RCSid[] = "$Id$";
8   #include "copyright.h"
9  
10   #include  "ray.h"
11 + #include  "otypes.h"
12   #include  "ambient.h"
13   #include  "source.h"
14   #include  "func.h"
# 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 >        COLOR   cthru_surr;     /* surround for "through" component */
91          SDData  *sd;            /* loaded BSDF data */
92          COLOR   rdiff;          /* diffuse reflection */
93          COLOR   runsamp;        /* BSDF hemispherical reflection */
# Line 86 | Line 97 | typedef struct {
97  
98   #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
99  
100 < /* Compute "through" component color */
100 > typedef struct {
101 >        double  vy;             /* brightness (for sorting) */
102 >        FVECT   tdir;           /* through sample direction (normalized) */
103 >        COLOR   vcol;           /* BTDF color */
104 > }  PEAKSAMP;            /* BTDF peak sample */
105 >
106 > /* Comparison function to put near-peak values in descending order */
107 > static int
108 > cmp_psamp(const void *p1, const void *p2)
109 > {
110 >        double  diff = (*(const PEAKSAMP *)p1).vy - (*(const PEAKSAMP *)p2).vy;
111 >        if (diff > 0) return(-1);
112 >        if (diff < 0) return(1);
113 >        return(0);
114 > }
115 >
116 > /* Compute "through" component color for MAT_ABSDF */
117   static void
118   compute_through(BSDFDAT *ndp)
119   {
120 < #define NDIR2CHECK      13
120 > #define NDIR2CHECK      29
121          static const float      dir2check[NDIR2CHECK][2] = {
122 <                                        {0, 0},
123 <                                        {-0.8, 0},
124 <                                        {0, 0.8},
125 <                                        {0, -0.8},
126 <                                        {0.8, 0},
127 <                                        {-0.8, 0.8},
128 <                                        {-0.8, -0.8},
129 <                                        {0.8, 0.8},
130 <                                        {0.8, -0.8},
131 <                                        {-1.6, 0},
105 <                                        {0, 1.6},
106 <                                        {0, -1.6},
107 <                                        {1.6, 0},
122 >                                        {0, 0}, {-0.6, 0}, {0, 0.6},
123 >                                        {0, -0.6}, {0.6, 0}, {-0.6, 0.6},
124 >                                        {-0.6, -0.6}, {0.6, 0.6}, {0.6, -0.6},
125 >                                        {-1.2, 0}, {0, 1.2}, {0, -1.2},
126 >                                        {1.2, 0}, {-1.2, 1.2}, {-1.2, -1.2},
127 >                                        {1.2, 1.2}, {1.2, -1.2}, {-1.8, 0},
128 >                                        {0, 1.8}, {0, -1.8}, {1.8, 0},
129 >                                        {-1.8, 1.8}, {-1.8, -1.8}, {1.8, 1.8},
130 >                                        {1.8, -1.8}, {-2.4, 0}, {0, 2.4},
131 >                                        {0, -2.4}, {2.4, 0},
132                                  };
133          const double    peak_over = 1.5;
134 +        PEAKSAMP        psamp[NDIR2CHECK];
135          SDSpectralDF    *dfp;
136          FVECT           pdir;
137          double          tomega, srchrad;
138 <        COLOR           vpeak, vsum;
139 <        int             i;
138 >        double          tomsum, tomsurr;
139 >        COLOR           vpeak, vsurr;
140 >        double          vypeak;
141 >        int             i, ns;
142          SDError         ec;
143  
117 –        setcolor(ndp->cthru, 0, 0, 0);          /* starting assumption */
118 –
144          if (ndp->pr->rod > 0)
145                  dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
146          else
# Line 125 | Line 150 | compute_through(BSDFDAT *ndp)
150                  return;                         /* no specular transmission */
151          if (bright(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
152                  return;                         /* pattern is black, here */
153 <        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else search for peak */
129 <        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
130 <        setcolor(vsum, 0, 0, 0);
131 <        pdir[2] = 0.0;
153 >        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else evaluate peak */
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 >                psamp[i].vy = sv.cieY;
165 >        }
166 >        qsort(psamp, NDIR2CHECK, sizeof(PEAKSAMP), cmp_psamp);
167 >        if (psamp[0].vy <= FTINY)
168 >                return;                         /* zero area */
169 >        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
170 >        setcolor(vsurr, 0, 0, 0);
171 >        vypeak = tomsum = tomsurr = 0;          /* combine top unique values */
172 >        ns = 0;
173 >        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
174 >                if (i && psamp[i].vy == psamp[i-1].vy)
175 >                        continue;               /* assume duplicate sample */
176 >
177 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega, psamp[i].tdir, ndp->vray,
178 >                                                SDqueryMin, ndp->sd);
179 >                if (ec)
180 >                        goto baderror;
181 >                                                /* not really a peak? */
182 >                if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA ||
183 >                                        vypeak > 8.*psamp[i].vy*ns) {
184 >                        if (!i) return;         /* abort */
185 >                        scalecolor(psamp[i].vcol, tomega);
186 >                        addcolor(vsurr, psamp[i].vcol);
187 >                        tomsurr += tomega;
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);
199 <        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*tomsurr < peak_over*bright(vsurr)*ns)
197 >                return;                         /* peak not peaky enough */
198 >        if ((vypeak/ns - (ndp->vray[2] > 0 ? ndp->sd->tLambFront.cieY
199 >                        : ndp->sd->tLambBack.cieY)*(1./PI))*tomsum <= .001)
200                  return;                         /* < 0.1% transmission */
201 <        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);
201 >        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* already scaled by omega */
202          multcolor(ndp->cthru, ndp->pr->pcol);   /* modify by pattern */
203 +        if (tomsurr > FTINY) {                  /* surround contribution? */
204 +                scalecolor(vsurr, 1./tomsurr);  /* this one is avg. BTDF */
205 +                copycolor(ndp->cthru_surr, vsurr);
206 +                multcolor(ndp->cthru_surr, ndp->pr->pcol);
207 +        }
208          return;
209   baderror:
210          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
# Line 215 | Line 256 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
256                          return(0);      /* all diffuse */
257                  sv = ndp->sd->rLambBack;
258                  break;
259 <        default:
259 >        case 1:
260                  if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
261                          return(0);      /* all diffuse */
262 <                sv = ndp->sd->tLamb;
262 >                sv = ndp->sd->tLambFront;
263                  break;
264 +        case 2:
265 +                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
266 +                        return(0);      /* all diffuse */
267 +                sv = ndp->sd->tLambBack;
268 +                break;
269          }
270          if (sv.cieY > FTINY) {
271                  diffY = sv.cieY *= 1./PI;
# Line 228 | Line 274 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
274                  diffY = 0;
275                  setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
276          }
277 <                                        /* need projected solid angles */
277 >                                        /* need projected solid angle */
278          omega *= fabs(vsrc[2]);
233 –        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
234 –        if (ec)
235 –                goto baderror;
279                                          /* check indirect over-counting */
280          if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && bright(ndp->cthru) > FTINY) {
281 <                double  dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
282 <                double  dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
283 <                if (dx*dx + dy*dy <= (1.5*4./PI)*(omega + tomega +
284 <                                                2.*sqrt(omega*tomega)))
285 <                        return(0);
281 >                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
282 >                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
283 >                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
284 >                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
285 >                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
286 >
287 >                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(omega + dfp->minProjSA +
288 >                                                2.*sqrt(omega*dfp->minProjSA))) {
289 >                        if (bright(ndp->cthru_surr) <= FTINY)
290 >                                return(0);
291 >                        copycolor(cval, ndp->cthru_surr);
292 >                        return(1);      /* return non-zero surround BTDF */
293 >                }
294          }
295 +        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
296 +        if (ec)
297 +                goto baderror;
298                                          /* assign number of samples */
299          sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
300          if (tomega <= 0)
# Line 274 | Line 328 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
328                  if (tomega2 < .12*tomega)
329                          continue;       /* not safe to include */
330                  cvt_sdcolor(csmp, &sv);
331 <
332 <                if (sf < 2.5*tsr) {     /* weight by Y for small sources */
331 > #if 0
332 >                if (sf < 2.5*tsr) {     /* weight by BSDF for small sources */
333                          scalecolor(csmp, sv.cieY);
334                          wtot += sv.cieY;
335                  } else
336 <                        wtot += 1.;
336 > #endif
337 >                wtot += 1.;
338                  addcolor(cval, csmp);
339          }
340          if (wtot <= FTINY)              /* no valid specular samples? */
# Line 491 | Line 546 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit
546                          multcolor(sr.rcoef, ndp->pr->pcol);
547                  if (rayorigin(&sr, SPECULAR, ndp->pr, sr.rcoef) < 0) {
548                          if (!n & (nstarget > 1)) {
549 +                                n = nstarget;   /* avoid infinitue loop */
550                                  nstarget = nstarget*sr.rweight/minweight;
551 +                                if (n == nstarget) break;
552                                  n = -1;         /* moved target */
553                          }
554                          continue;               /* try again */
# Line 542 | Line 599 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
599                          rayvalue(&tr);
600                          multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
601                          addcolor(ndp->pr->rcol, tr.rcol);
602 +                        ndp->pr->rxt = ndp->pr->rot + raydistance(&tr);
603                          ++ntotal;
604                          b = bright(ndp->cthru);
605                  } else
# Line 579 | Line 637 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
637   int
638   m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
639   {
640 +        int     hasthick = (m->otype == MAT_BSDF);
641          int     hitfront;
642          COLOR   ctmp;
643          SDError ec;
# Line 586 | Line 645 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
645          MFUNC   *mf;
646          BSDFDAT nd;
647                                                  /* check arguments */
648 <        if ((m->oargs.nsargs < 6) | (m->oargs.nfargs > 9) |
648 >        if ((m->oargs.nsargs < hasthick+5) | (m->oargs.nfargs > 9) |
649                                  (m->oargs.nfargs % 3))
650                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
651                                                  /* record surface struck */
652          hitfront = (r->rod > 0);
653                                                  /* load cal file */
654 <        mf = getfunc(m, 5, 0x1d, 1);
654 >        mf = hasthick   ? getfunc(m, 5, 0x1d, 1)
655 >                        : getfunc(m, 4, 0xe, 1) ;
656          setfunc(m, r);
657 <                                                /* get thickness */
658 <        nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
659 <        if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
660 <                nd.thick = 0;
657 >        nd.thick = 0;                           /* set thickness */
658 >        if (hasthick) {
659 >                nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
660 >                if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
661 >                        nd.thick = 0;
662 >        }
663                                                  /* check backface visibility */
664          if (!hitfront & !backvis) {
665                  raytrans(r);
# Line 610 | Line 672 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
672                  raytrans(r);                    /* hide our proxy */
673                  return(1);
674          }
675 +        if (hasthick && r->crtype & SHADOW)     /* early shadow check #1 */
676 +                return(1);
677          nd.mp = m;
678          nd.pr = r;
679                                                  /* get BSDF data */
680 <        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[1]);
681 <                                                /* early shadow check */
682 <        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL))
680 >        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[hasthick]);
681 >                                                /* early shadow check #2 */
682 >        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL)) {
683 >                SDfreeCache(nd.sd);
684                  return(1);
685 +        }
686                                                  /* diffuse reflectance */
687          if (hitfront) {
688                  cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
# Line 636 | Line 702 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
702                  }
703          }
704                                                  /* diffuse transmittance */
705 <        cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLamb);
705 >        cvt_sdcolor(nd.tdiff, hitfront ? &nd.sd->tLambFront : &nd.sd->tLambBack);
706          if (m->oargs.nfargs >= 9) {
707                  setcolor(ctmp, m->oargs.farg[6],
708                                  m->oargs.farg[7],
# Line 649 | Line 715 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
715          multcolor(nd.rdiff, r->pcol);
716          multcolor(nd.tdiff, r->pcol);
717                                                  /* get up vector */
718 <        upvec[0] = evalue(mf->ep[1]);
719 <        upvec[1] = evalue(mf->ep[2]);
720 <        upvec[2] = evalue(mf->ep[3]);
718 >        upvec[0] = evalue(mf->ep[hasthick+0]);
719 >        upvec[1] = evalue(mf->ep[hasthick+1]);
720 >        upvec[2] = evalue(mf->ep[hasthick+2]);
721                                                  /* return to world coords */
722          if (mf->fxp != &unitxf) {
723                  multv3(upvec, upvec, mf->fxp->xfm);
# Line 672 | Line 738 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
738          }
739          if (ec) {
740                  objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
741 +                SDfreeCache(nd.sd);
742                  return(1);
743          }
744 <        compute_through(&nd);                   /* compute through component */
745 <        if (r->crtype & SHADOW) {
746 <                RAY     tr;                     /* attempt to pass shadow ray */
747 <                if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
748 <                        return(1);              /* no through component */
749 <                VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
750 <                rayvalue(&tr);                  /* transmit with scaling */
751 <                multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
752 <                copycolor(r->rcol, tr.rcol);
753 <                return(1);                      /* we're done */
744 >        setcolor(nd.cthru, 0, 0, 0);            /* consider through component */
745 >        setcolor(nd.cthru_surr, 0, 0, 0);
746 >        if (m->otype == MAT_ABSDF) {
747 >                compute_through(&nd);
748 >                if (r->crtype & SHADOW) {
749 >                        RAY     tr;             /* attempt to pass shadow ray */
750 >                        SDfreeCache(nd.sd);
751 >                        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
752 >                                return(1);      /* no through component */
753 >                        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
754 >                        rayvalue(&tr);          /* transmit with scaling */
755 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
756 >                        copycolor(r->rcol, tr.rcol);
757 >                        return(1);              /* we're done */
758 >                }
759          }
760          ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
761          if (!ec)                                /* determine BSDF resolution */

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