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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.53 by greg, Thu Aug 2 22:44:35 2018 UTC vs.
Revision 2.70 by greg, Wed Mar 9 00:27:25 2022 UTC

# Line 17 | 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   *      For the MAT_BSDF type, a non-zero thickness causes the useful behavior
23   *  of translating transmitted rays this distance beneath the surface
# Line 87 | Line 87 | typedef struct {
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 */
# Line 96 | Line 97 | typedef struct {
97  
98   #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
99  
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},
115 <                                        {0, 1.6},
116 <                                        {0, -1.6},
117 <                                        {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;
133 >        PEAKSAMP        psamp[NDIR2CHECK];
134          SDSpectralDF    *dfp;
135          FVECT           pdir;
136          double          tomega, srchrad;
137 <        COLOR           vpeak, vsum;
138 <        int             i;
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)
# Line 133 | 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 */
137 <        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
138 <        setcolor(vsum, 0, 0, 0);
139 <        pdir[2] = 0.0;
152 >        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else evaluate peak */
153          for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
141 –                FVECT   tdir;
154                  SDValue sv;
155 <                COLOR   vcol;
156 <                tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
157 <                tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
158 <                tdir[2] = -ndp->vray[2];
159 <                normalize(tdir);
148 <                ec = SDevalBSDF(&sv, tdir, ndp->vray, ndp->sd);
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(vcol, &sv);
163 <                addcolor(vsum, vcol);
164 <                if (sv.cieY > bright(vpeak)) {
165 <                        copycolor(vpeak, vcol);
166 <                        VCOPY(pdir, tdir);
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 (pdir[2] == 0.0)
196 <                return;                         /* zero neighborhood */
197 <        ec = SDsizeBSDF(&tomega, pdir, ndp->vray, SDqueryMin, ndp->sd);
198 <        if (ec)
199 <                goto baderror;
200 <        if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA)
201 <                return;                         /* not really a peak? */
202 <        tomega /= fabs(pdir[2]);                /* remove cosine factor */
203 <        if ((bright(vpeak) - ndp->sd->tLamb.cieY*(1./PI))*tomega <= .001)
204 <                return;                         /* < 0.1% transmission */
205 <        for (i = 3; i--; )                      /* remove peak from average */
206 <                colval(vsum,i) -= colval(vpeak,i);
207 <        if (peak_over*bright(vsum) >= (NDIR2CHECK-1)*bright(vpeak))
208 <                return;                         /* not peaky enough */
209 <        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* else use it */
210 <        scalecolor(ndp->cthru, tomega);
211 <        multcolor(ndp->cthru, ndp->pr->pcol);   /* modify by pattern */
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));
# Line 196 | Line 236 | bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
236   static int
237   direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
238   {
239 <        int     nsamp;
240 <        double  wtot = 0;
241 <        FVECT   vsrc, vsmp, vjit;
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;
# Line 211 | Line 251 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
251                                          /* transform source direction */
252          if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
253                  return(0);
254 +                                        /* check indirect over-counting */
255 +        if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && bright(ndp->cthru) > FTINY) {
256 +                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
257 +                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
258 +                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
259 +                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
260 +                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
261 +
262 +                tomega = omega*fabs(vsrc[2]);
263 +                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(tomega + dfp->minProjSA +
264 +                                                2.*sqrt(tomega*dfp->minProjSA))) {
265 +                        if (bright(ndp->cthru_surr) <= FTINY)
266 +                                return(0);
267 +                        copycolor(cval, ndp->cthru_surr);
268 +                        return(1);      /* return non-zero surround BTDF */
269 +                }
270 +        }
271                                          /* will discount diffuse portion */
272          switch ((vsrc[2] > 0)<<1 | (ndp->vray[2] > 0)) {
273          case 3:
# Line 223 | Line 280 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
280                          return(0);      /* all diffuse */
281                  sv = ndp->sd->rLambBack;
282                  break;
283 <        default:
283 >        case 1:
284                  if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
285                          return(0);      /* all diffuse */
286 <                sv = ndp->sd->tLamb;
286 >                sv = ndp->sd->tLambFront;
287                  break;
288 +        case 2:
289 +                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
290 +                        return(0);      /* all diffuse */
291 +                sv = ndp->sd->tLambBack;
292 +                break;
293          }
294          if (sv.cieY > FTINY) {
295                  diffY = sv.cieY *= 1./PI;
# Line 236 | Line 298 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
298                  diffY = 0;
299                  setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
300          }
239 –                                        /* need projected solid angle */
240 –        omega *= fabs(vsrc[2]);
241 –                                        /* check indirect over-counting */
242 –        if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && bright(ndp->cthru) > FTINY) {
243 –                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
244 –                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
245 –                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
246 –                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
247 –                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
248 –
249 –                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(omega + dfp->minProjSA +
250 –                                                2.*sqrt(omega*dfp->minProjSA)))
251 –                        return(0);
252 –        }
301          ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
302          if (ec)
303                  goto baderror;
304 <                                        /* assign number of samples */
305 <        sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
306 <        if (tomega <= 0)
307 <                nsamp = 1;
308 <        else if (25.*tomega <= omega)
309 <                nsamp = 100.*sf + .5;
262 <        else
263 <                nsamp = 4.*sf*omega/tomega + .5;
264 <        nsamp += !nsamp;
265 <        sf = sqrt(omega);               /* sample our source area */
266 <        tsr = sqrt(tomega);
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--; ) {
268 –                VCOPY(vsmp, vsrc);      /* jitter query directions */
269 –                if (nsamp > 1) {
270 –                        multisamp(sd, 2, (i + frandom())/(double)nsamp);
271 –                        vsmp[0] += (sd[0] - .5)*sf;
272 –                        vsmp[1] += (sd[1] - .5)*sf;
273 –                        normalize(vsmp);
274 –                }
311                  bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
312                                          /* compute BSDF */
313 <                ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsmp, ndp->sd);
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, vsmp, SDqueryMin, ndp->sd);
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);
289 –
290 –                if (sf < 2.5*tsr) {     /* weight by Y for small sources */
291 –                        scalecolor(csmp, sv.cieY);
292 –                        wtot += sv.cieY;
293 –                } else
294 –                        wtot += 1.;
325                  addcolor(cval, csmp);
326 +                ++scnt;
327          }
328 <        if (wtot <= FTINY)              /* no valid specular samples? */
328 >        if (!scnt)                      /* no valid specular samples? */
329                  return(0);
330  
331 <        sf = 1./wtot;                   /* weighted average BSDF */
331 >        sf = 1./scnt;                   /* weighted average BSDF */
332          scalecolor(cval, sf);
333                                          /* subtract diffuse contribution */
334          for (i = 3*(diffY > FTINY); i--; )
# Line 343 | Line 374 | dir_bsdf(
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          }
# Line 431 | Line 462 | dir_btdf(
462                   *  Compute diffuse transmission
463                   */
464                  copycolor(ctmp, np->tdiff);
465 <                dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
465 >                dtmp = -ldot * omega * (1./PI);
466                  scalecolor(ctmp, dtmp);
467                  addcolor(cval, ctmp);
468          }
# Line 556 | Line 587 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
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
# Line 635 | Line 667 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *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))
670 >        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL)) {
671 >                SDfreeCache(nd.sd);
672                  return(1);
673 <                                                /* diffuse reflectance */
673 >        }
674 >                                                /* diffuse components */
675          if (hitfront) {
676                  cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
677                  if (m->oargs.nfargs >= 3) {
# Line 646 | Line 680 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
680                                          m->oargs.farg[2]);
681                          addcolor(nd.rdiff, ctmp);
682                  }
683 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambFront);
684          } else {
685                  cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambBack);
686                  if (m->oargs.nfargs >= 6) {
# Line 654 | Line 689 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
689                                          m->oargs.farg[5]);
690                          addcolor(nd.rdiff, ctmp);
691                  }
692 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambBack);
693          }
694 <                                                /* diffuse transmittance */
659 <        cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLamb);
660 <        if (m->oargs.nfargs >= 9) {
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]);
# Line 692 | Line 726 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
726          }
727          if (ec) {
728                  objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
729 +                SDfreeCache(nd.sd);
730                  return(1);
731          }
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);

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