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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.1 by greg, Fri Feb 18 00:40:25 2011 UTC vs.
Revision 2.69 by greg, Tue Mar 8 22:27:56 2022 UTC

# Line 8 | Line 8 | static const char RCSid[] = "$Id$";
8   #include "copyright.h"
9  
10   #include  "ray.h"
11 < #include  "paths.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.
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   */
72  
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 usually fine, since the bidirectional nature
77 + * of the BSDF (that's what the 'B' stands for) means it all works out.
78 + */
79 +
80   typedef struct {
81          OBJREC  *mp;            /* material pointer */
82          RAY     *pr;            /* intersected ray */
83          FVECT   pnorm;          /* perturbed surface normal */
84 <        FVECT   vinc;           /* local incident vector */
84 >        FVECT   vray;           /* local outgoing (return) vector */
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 +        COLOR   cthru_surr;     /* surround for "through" component */
91          SDData  *sd;            /* loaded BSDF data */
92 +        COLOR   rdiff;          /* diffuse reflection */
93          COLOR   runsamp;        /* BSDF hemispherical reflection */
94 <        COLOR   rdiff;          /* added diffuse reflection */
94 >        COLOR   tdiff;          /* diffuse transmission */
95          COLOR   tunsamp;        /* BSDF hemispherical transmission */
63        COLOR   tdiff;          /* added diffuse transmission */
96   }  BSDFDAT;             /* BSDF material data */
97  
98   #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
99  
100 < /* Convert error from BSDF library */
101 < static char *
102 < cvt_sderr(SDError ec)
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 <        if (!SDerrorDetail[0])
111 <                return(strcpy(errmsg, SDerrorEnglish[ec]));
112 <        sprintf(errmsg, "%s: %s", SDerrorEnglish[ec], SDerrorDetail);
113 <        return(errmsg);
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 source contribution for BSDF */
116 > /* Compute "through" component color for MAT_ABSDF */
117   static void
118 < dirbsdf(
118 > compute_through(BSDFDAT *ndp)
119 > {
120 > #define NDIR2CHECK      29
121 >        static const float      dir2check[NDIR2CHECK][2] = {
122 >                                        {0, 0}, {-0.6, 0}, {0, 0.6},
123 >                                        {0, -0.6}, {0.6, 0}, {-0.6, 0.6},
124 >                                        {-0.6, -0.6}, {0.6, 0.6}, {0.6, -0.6},
125 >                                        {-1.2, 0}, {0, 1.2}, {0, -1.2},
126 >                                        {1.2, 0}, {-1.2, 1.2}, {-1.2, -1.2},
127 >                                        {1.2, 1.2}, {1.2, -1.2}, {-1.8, 0},
128 >                                        {0, 1.8}, {0, -1.8}, {1.8, 0},
129 >                                        {-1.8, 1.8}, {-1.8, -1.8}, {1.8, 1.8},
130 >                                        {1.8, -1.8}, {-2.4, 0}, {0, 2.4},
131 >                                        {0, -2.4}, {2.4, 0},
132 >                                };
133 >        PEAKSAMP        psamp[NDIR2CHECK];
134 >        SDSpectralDF    *dfp;
135 >        FVECT           pdir;
136 >        double          tomega, srchrad;
137 >        double          tomsum, tomsurr;
138 >        COLOR           vpeak, vsurr, btdiff;
139 >        double          vypeak;
140 >        int             i, ns;
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 >        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
154 >                SDValue sv;
155 >                psamp[i].tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
156 >                psamp[i].tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
157 >                psamp[i].tdir[2] = -ndp->vray[2];
158 >                normalize(psamp[i].tdir);
159 >                ec = SDevalBSDF(&sv, ndp->vray, psamp[i].tdir, ndp->sd);
160 >                if (ec)
161 >                        goto baderror;
162 >                cvt_sdcolor(psamp[i].vcol, &sv);
163 >                psamp[i].vy = sv.cieY;
164 >        }
165 >        qsort(psamp, NDIR2CHECK, sizeof(PEAKSAMP), cmp_psamp);
166 >        if (psamp[0].vy <= FTINY)
167 >                return;                         /* zero BTDF here */
168 >        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
169 >        setcolor(vsurr, 0, 0, 0);
170 >        vypeak = tomsum = tomsurr = 0;          /* combine top unique values */
171 >        ns = 0;
172 >        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
173 >                if (i && psamp[i].vy == psamp[i-1].vy)
174 >                        continue;               /* assume duplicate sample */
175 >
176 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, psamp[i].tdir,
177 >                                                SDqueryMin, ndp->sd);
178 >                if (ec)
179 >                        goto baderror;
180 >
181 >                scalecolor(psamp[i].vcol, tomega);
182 >                                                /* not part of peak? */
183 >                if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA ||
184 >                                        vypeak > 8.*psamp[i].vy*ns) {
185 >                        if (!i) return;         /* abort */
186 >                        addcolor(vsurr, psamp[i].vcol);
187 >                        tomsurr += tomega;
188 >                        continue;
189 >                }
190 >                addcolor(vpeak, psamp[i].vcol);
191 >                tomsum += tomega;
192 >                vypeak += psamp[i].vy;
193 >                ++ns;
194 >        }
195 >        if (tomsurr < 0.2*tomsum)               /* insufficient surround? */
196 >                return;
197 >        scalecolor(vsurr, 1./tomsurr);          /* surround is avg. BTDF */
198 >        if (ndp->vray[2] > 0)                   /* get diffuse BTDF */
199 >                cvt_sdcolor(btdiff, &ndp->sd->tLambFront);
200 >        else
201 >                cvt_sdcolor(btdiff, &ndp->sd->tLambBack);
202 >        scalecolor(btdiff, (1./PI));
203 >        for (i = 3; i--; ) {                    /* remove diffuse contrib. */
204 >                if ((colval(vpeak,i) -= tomsum*colval(btdiff,i)) < 0)
205 >                        colval(vpeak,i) = 0;
206 >                if ((colval(vsurr,i) -= colval(btdiff,i)) < 0)
207 >                        colval(vsurr,i) = 0;
208 >        }
209 >        if (bright(vpeak) < .0005)              /* < 0.05% specular? */
210 >                return;
211 >        multcolor(vsurr, ndp->pr->pcol);        /* modify by color */
212 >        multcolor(vpeak, ndp->pr->pcol);
213 >        copycolor(ndp->cthru, vpeak);
214 >        copycolor(ndp->cthru_surr, vsurr);
215 >        return;
216 > baderror:
217 >        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
218 > #undef NDIR2CHECK
219 > }
220 >
221 > /* Jitter ray sample according to projected solid angle and specjitter */
222 > static void
223 > bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
224 > {
225 >        VCOPY(vres, ndp->vray);
226 >        if (specjitter < 1.)
227 >                sr_psa *= specjitter;
228 >        if (sr_psa <= FTINY)
229 >                return;
230 >        vres[0] += sr_psa*(.5 - frandom());
231 >        vres[1] += sr_psa*(.5 - frandom());
232 >        normalize(vres);
233 > }
234 >
235 > /* Get BSDF specular for direct component, returning true if OK to proceed */
236 > static int
237 > direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
238 > {
239 >        int     nsamp = 1;
240 >        int     scnt = 0;
241 >        FVECT   vsrc, vjit;
242 >        double  tomega, tomega2;
243 >        double  sf, tsr, sd[2];
244 >        COLOR   csmp, cdiff;
245 >        double  diffY;
246 >        SDValue sv;
247 >        SDError ec;
248 >        int     i;
249 >                                        /* in case we fail */
250 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
251 >                                        /* transform source direction */
252 >        if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
253 >                return(0);
254 >                                        /* will discount diffuse portion */
255 >        switch ((vsrc[2] > 0)<<1 | (ndp->vray[2] > 0)) {
256 >        case 3:
257 >                if (ndp->sd->rf == NULL)
258 >                        return(0);      /* all diffuse */
259 >                sv = ndp->sd->rLambFront;
260 >                break;
261 >        case 0:
262 >                if (ndp->sd->rb == NULL)
263 >                        return(0);      /* all diffuse */
264 >                sv = ndp->sd->rLambBack;
265 >                break;
266 >        case 1:
267 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
268 >                        return(0);      /* all diffuse */
269 >                sv = ndp->sd->tLambFront;
270 >                break;
271 >        case 2:
272 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
273 >                        return(0);      /* all diffuse */
274 >                sv = ndp->sd->tLambBack;
275 >                break;
276 >        }
277 >        if (sv.cieY > FTINY) {
278 >                diffY = sv.cieY *= 1./PI;
279 >                cvt_sdcolor(cdiff, &sv);
280 >        } else {
281 >                diffY = 0;
282 >                setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
283 >        }
284 >                                        /* check indirect over-counting */
285 >        if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && bright(ndp->cthru) > FTINY) {
286 >                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
287 >                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
288 >                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
289 >                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
290 >                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
291 >
292 >                tomega = omega*fabs(vsrc[2]);
293 >                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(tomega + dfp->minProjSA +
294 >                                                2.*sqrt(tomega*dfp->minProjSA))) {
295 >                        if (bright(ndp->cthru_surr) <= FTINY)
296 >                                return(0);
297 >                        copycolor(cval, ndp->cthru_surr);
298 >                        return(1);      /* return non-zero surround BTDF */
299 >                }
300 >        }
301 >        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
302 >        if (ec)
303 >                goto baderror;
304 >                                        /* check if sampling BSDF */
305 >        if ((tsr = sqrt(tomega)) > 0) {
306 >                nsamp = 4.*specjitter*ndp->pr->rweight + .5;
307 >                nsamp += !nsamp;
308 >        }
309 >                                        /* jitter to fuzz BSDF cells */
310 >        for (i = nsamp; i--; ) {
311 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
312 >                                        /* compute BSDF */
313 >                ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsrc, ndp->sd);
314 >                if (ec)
315 >                        goto baderror;
316 >                if (sv.cieY - diffY <= FTINY)
317 >                        continue;       /* no specular part */
318 >                                        /* check for variable resolution */
319 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega2, vjit, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
320 >                if (ec)
321 >                        goto baderror;
322 >                if (tomega2 < .12*tomega)
323 >                        continue;       /* not safe to include */
324 >                cvt_sdcolor(csmp, &sv);
325 >                addcolor(cval, csmp);
326 >                ++scnt;
327 >        }
328 >        if (!scnt)                      /* no valid specular samples? */
329 >                return(0);
330 >
331 >        sf = 1./scnt;                   /* 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 > dir_bsdf(
346          COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
347          void  *nnp,                     /* material data */
348          FVECT  ldir,                    /* light source direction */
349          double  omega                   /* light source size */
350   )
351   {
352 <        BSDFDAT         *np = nnp;
88 <        SDError         ec;
89 <        SDValue         sv;
90 <        FVECT           vout;
352 >        BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
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);
377 >                dtmp = -ldot * omega * (1./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(vout, np->toloc, ldir) != SDEnone)
386 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
387                  return;
388 <        ec = SDevalBSDF(&sv, vout, np->vinc, np->sd);
125 <        if (ec)
126 <                objerror(np->mp, USER, cvt_sderr(ec));
127 <
128 <        if (sv.cieY <= FTINY)           /* not worth using? */
129 <                return;
130 <        cvt_sdcolor(ctmp, &sv);
131 <        if (ldot > .0) {                /* pattern only diffuse reflection */
132 <                COLOR   ctmp1, ctmp2;
133 <                dtmp = (np->pr->rod > .0) ? np->sd->rLambFront.cieY
134 <                                        : np->sd->rLambBack.cieY;
135 <                dtmp /= PI * sv.cieY;   /* diffuse fraction */
136 <                copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
137 <                scalecolor(ctmp2, dtmp);
138 <                setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
139 <                addcolor(ctmp1, ctmp2);
140 <                multcolor(ctmp, ctmp1); /* apply desaturated pattern */
141 <                dtmp = ldot * omega;
142 <        } 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./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   vout;
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)
166 <                        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 <                ec = SDsampComponent(&bsv, vout, ndp->vinc,
508 <                                ntrials ? frandom()
509 <                                        : urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx),
510 <                                                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, cvt_sderr(ec));
518 <                                                /* zero component? */
179 <                if (bsv.cieY <= FTINY)
517 >                        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
518 >                if (bsv.cieY <= FTINY)          /* zero component? */
519                          break;
520 <                                                /* map vector to world */
521 <                if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vout) != SDEnone)
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;
184                                                /* unintentional penetration? */
185                if (DOT(sr.rdir, ndp->pr->ron) > .0 ^ vout[2] > .0)
186                        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 <                                                /* need to move origin? */
545 <                sthick = (ndp->pr->rod > .0) ? -ndp->thick : ndp->thick;
201 <                if (sthick < .0 ^ vout[2] > .0)
202 <                        VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, sthick);
203 <
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 213 | 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);
229 <                } else {
576 >                else
577                          dfp = ndp->sd->rb;
231                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambBack);
232                }
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 <                        double  d = SDdirectHemi(ndp->vinc, sflags, ndp->sd);
586 <                        COLOR   ctmp;
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);
247 <                        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;
253 <        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 263 | 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 <        SDerrorDetail[0] = '\0';                /* get BSDF data */
277 <        nd.sd = SDgetCache(m->oargs.sarg[1]);
278 <        if (nd.sd == NULL)
279 <                error(SYSTEM, "out of memory in m_bsdf");
280 <        if (!SDisLoaded(nd.sd)) {
281 <                char    *pname = getpath(m->oargs.sarg[1], getrlibpath(), R_OK);
282 <                if (pname == NULL) {
283 <                        sprintf(errmsg, "cannot find BSDF file \"%s\"",
284 <                                                m->oargs.sarg[1]);
285 <                        objerror(m, USER, errmsg);
286 <                }
287 <                ec = SDloadFile(nd.sd, pname);
288 <                if (ec)
289 <                        objerror(m, USER, cvt_sderr(ec));
290 <                SDretainSet = SDretainAll;
291 <        }
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 <                SDfreeCache(nd.sd);
301 <                if (nd.thick > FTINY && nd.sd->tf != NULL &&
302 <                                nd.sd->tf->maxHemi > FTINY)
303 <                        raytrans(r);            /* pass-through */
304 <                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)) && nd.thick > FTINY &&
653 <                        nd.sd->tf != NULL && nd.sd->tf->maxHemi > FTINY) {
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);
310                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
318 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
674 >                                                /* diffuse components */
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 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambFront);
684          } else {
685 <                if (m->oargs.nfargs < 6) {      /* check invisible backside */
686 <                        if (!backvis && (nd.sd->rb == NULL ||
687 <                                                nd.sd->rb->maxHemi <= FTINY) &&
325 <                                        (nd.sd->tf == NULL ||
326 <                                                nd.sd->tf->maxHemi <= FTINY)) {
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],
685 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambBack);
686 >                if (m->oargs.nfargs >= 6) {
687 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[3],
688                                          m->oargs.farg[4],
689                                          m->oargs.farg[5]);
690 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
691 +                }
692 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambBack);
693          }
694 <                                                /* diffuse transmittance */
695 <        if (m->oargs.nfargs < 9)
339 <                setcolor(nd.tdiff, .0, .0, .0);
340 <        else
341 <                setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
694 >        if (m->oargs.nfargs >= 9) {             /* add diffuse transmittance? */
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);
721          if (!ec) {
722 <                nd.vinc[0] = -r->rdir[0];
723 <                nd.vinc[1] = -r->rdir[1];
724 <                nd.vinc[2] = -r->rdir[2];
725 <                ec = SDmapDir(nd.vinc, nd.toloc, nd.vinc);
722 >                nd.vray[0] = -r->rdir[0];
723 >                nd.vray[1] = -r->rdir[1];
724 >                nd.vray[2] = -r->rdir[2];
725 >                ec = SDmapDir(nd.vray, nd.toloc, nd.vray);
726          }
373        if (!ec)
374                ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
727          if (ec) {
728 <                objerror(m, WARNING, cvt_sderr(ec));
728 >                objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
729                  SDfreeCache(nd.sd);
730                  return(1);
731          }
732 <        if (r->rod < .0) {                      /* perturb normal towards hit */
732 >        setcolor(nd.cthru, 0, 0, 0);            /* consider through component */
733 >        setcolor(nd.cthru_surr, 0, 0, 0);
734 >        if (m->otype == MAT_ABSDF) {
735 >                compute_through(&nd);
736 >                if (r->crtype & SHADOW) {
737 >                        RAY     tr;             /* attempt to pass shadow ray */
738 >                        SDfreeCache(nd.sd);
739 >                        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
740 >                                return(1);      /* no through component */
741 >                        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
742 >                        rayvalue(&tr);          /* transmit with scaling */
743 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
744 >                        copycolor(r->rcol, tr.rcol);
745 >                        return(1);              /* we're done */
746 >                }
747 >        }
748 >        ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
749 >        if (!ec)                                /* determine BSDF resolution */
750 >                ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL,
751 >                                        SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
752 >        if (ec)
753 >                objerror(m, USER, transSDError(ec));
754 >
755 >        nd.sr_vpsa[0] = sqrt(nd.sr_vpsa[0]);
756 >        nd.sr_vpsa[1] = sqrt(nd.sr_vpsa[1]);
757 >        if (!hitfront) {                        /* perturb normal towards hit */
758                  nd.pnorm[0] = -nd.pnorm[0];
759                  nd.pnorm[1] = -nd.pnorm[1];
760                  nd.pnorm[2] = -nd.pnorm[2];
# Line 389 | Line 766 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
766                                                  /* compute indirect diffuse */
767          copycolor(ctmp, nd.rdiff);
768          addcolor(ctmp, nd.runsamp);
769 <        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from this side */
770 <                if (r->rod < .0)
769 >        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from reflection */
770 >                if (!hitfront)
771                          flipsurface(r);
772                  multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
773                  addcolor(r->rcol, ctmp);
774 <                if (r->rod < .0)
774 >                if (!hitfront)
775                          flipsurface(r);
776          }
777          copycolor(ctmp, nd.tdiff);
778          addcolor(ctmp, nd.tunsamp);
779          if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from other side */
780                  FVECT  bnorm;
781 <                if (r->rod > .0)
781 >                if (hitfront)
782                          flipsurface(r);
783                  bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
784                  bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
785                  bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
786 <                multambient(ctmp, r, bnorm);
786 >                if (nd.thick != 0) {            /* proxy with offset? */
787 >                        VCOPY(vtmp, r->rop);
788 >                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, nd.thick);
789 >                        multambient(ctmp, r, bnorm);
790 >                        VCOPY(r->rop, vtmp);
791 >                } else
792 >                        multambient(ctmp, r, bnorm);
793                  addcolor(r->rcol, ctmp);
794 <                if (r->rod > .0)
794 >                if (hitfront)
795                          flipsurface(r);
796          }
797                                                  /* add direct component */
798 <        direct(r, dirbsdf, &nd);
798 >        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL) &
799 >                                        (nd.sd->tb == NULL)) {
800 >                direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection only */
801 >        } else if (nd.thick == 0) {
802 >                direct(r, dir_bsdf, &nd);       /* thin surface scattering */
803 >        } else {
804 >                direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection first */
805 >                VCOPY(vtmp, r->rop);            /* offset for transmitted */
806 >                VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, -nd.thick);
807 >                direct(r, dir_btdf, &nd);       /* separate transmission */
808 >                VCOPY(r->rop, vtmp);
809 >        }
810                                                  /* clean up */
811          SDfreeCache(nd.sd);
812          return(1);

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