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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.11 by greg, Wed Jun 8 15:37:46 2011 UTC vs.
Revision 2.31 by greg, Fri Feb 17 23:24:56 2017 UTC

# Line 13 | Line 13 | static const char RCSid[] = "$Id$";
13   #include  "func.h"
14   #include  "bsdf.h"
15   #include  "random.h"
16 + #include  "pmapmat.h"
17  
18   /*
19   *      Arguments to this material include optional diffuse colors.
# Line 68 | Line 69 | typedef struct {
69          FVECT   pnorm;          /* perturbed surface normal */
70          FVECT   vray;           /* local outgoing (return) vector */
71          double  sr_vpsa[2];     /* sqrt of BSDF projected solid angle extrema */
71 –        double  thru_psa;       /* through direction projected solid angle */
72          RREAL   toloc[3][3];    /* world to local BSDF coords */
73          RREAL   fromloc[3][3];  /* local BSDF coords to world */
74          double  thick;          /* surface thickness */
75          SDData  *sd;            /* loaded BSDF data */
76 <        COLOR   runsamp;        /* BSDF hemispherical reflection */
77 <        COLOR   rdiff;          /* added diffuse reflection */
78 <        COLOR   tunsamp;        /* BSDF hemispherical transmission */
79 <        COLOR   tdiff;          /* added diffuse transmission */
76 >        COLOR   rdiff;          /* diffuse reflection */
77 >        COLOR   tdiff;          /* diffuse transmission */
78   }  BSDFDAT;             /* BSDF material data */
79  
80   #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
81  
82   /* Jitter ray sample according to projected solid angle and specjitter */
83   static void
84 < bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, int domax)
84 > bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
85   {
88 –        double  sr_psa = ndp->sr_vpsa[domax];
89 –
86          VCOPY(vres, ndp->vray);
87          if (specjitter < 1.)
88                  sr_psa *= specjitter;
# Line 99 | Line 95 | bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, int domax)
95  
96   /* Evaluate BSDF for direct component, returning true if OK to proceed */
97   static int
98 < direct_bsdf_OK(COLOR cval, FVECT ldir, BSDFDAT *ndp)
98 > direct_bsdf_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
99   {
100 <        FVECT   vsrc, vjit;
100 >        int     nsamp, ok = 0;
101 >        FVECT   vsrc, vsmp, vjit;
102 >        double  tomega;
103 >        double  sf, tsr, sd[2];
104 >        COLOR   csmp;
105          SDValue sv;
106          SDError ec;
107 +        int     i;
108                                          /* transform source direction */
109          if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
110                  return(0);
111 <                                        /* jitter query direction */
112 <        bsdf_jitter(vjit, ndp, 0);
113 <                                        /* avoid indirect over-counting */
114 <        if (ndp->thick != 0 && ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT) &&
115 <                                vsrc[2] > 0 ^ vjit[2] > 0) {
116 <                double  dx = vsrc[0] + vjit[0];
117 <                double  dy = vsrc[1] + vjit[1];
118 <                if (dx*dx + dy*dy <= ndp->thru_psa)
111 >                                        /* assign number of samples */
112 >        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
113 >        if (ec)
114 >                goto baderror;
115 >                                        /* check indirect over-counting */
116 >        if (ndp->thick != 0 && ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)
117 >                                && vsrc[2] > 0 ^ ndp->vray[2] > 0) {
118 >                double  dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
119 >                double  dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
120 >                if (dx*dx + dy*dy <= omega+tomega)
121                          return(0);
122          }
123 <        ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsrc, ndp->sd);
124 <        if (ec)
125 <                objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
126 <
127 <        if (sv.cieY <= FTINY)           /* not worth using? */
128 <                return(0);
129 <                                        /* else we're good to go */
130 <        cvt_sdcolor(cval, &sv);
131 <        return(1);
123 >        sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
124 >        if (tomega <= .0)
125 >                nsamp = 1;
126 >        else if (25.*tomega <= omega)
127 >                nsamp = 100.*sf + .5;
128 >        else
129 >                nsamp = 4.*sf*omega/tomega + .5;
130 >        nsamp += !nsamp;
131 >        setcolor(cval, .0, .0, .0);     /* sample our source area */
132 >        sf = sqrt(omega);
133 >        tsr = sqrt(tomega);
134 >        for (i = nsamp; i--; ) {
135 >                VCOPY(vsmp, vsrc);      /* jitter query directions */
136 >                if (nsamp > 1) {
137 >                        multisamp(sd, 2, (i + frandom())/(double)nsamp);
138 >                        vsmp[0] += (sd[0] - .5)*sf;
139 >                        vsmp[1] += (sd[1] - .5)*sf;
140 >                        if (normalize(vsmp) == 0) {
141 >                                --nsamp;
142 >                                continue;
143 >                        }
144 >                }
145 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
146 >                                        /* compute BSDF */
147 >                ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsmp, ndp->sd);
148 >                if (ec)
149 >                        goto baderror;
150 >                if (sv.cieY <= FTINY)   /* worth using? */
151 >                        continue;
152 >                cvt_sdcolor(csmp, &sv);
153 >                addcolor(cval, csmp);   /* average it in */
154 >                ++ok;
155 >        }
156 >        sf = 1./(double)nsamp;
157 >        scalecolor(cval, sf);
158 >        return(ok);
159 > baderror:
160 >        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
161 >        return(0);                      /* gratis return */
162   }
163  
164   /* Compute source contribution for BSDF (reflected & transmitted) */
# Line 166 | Line 199 | dir_bsdf(
199                  scalecolor(ctmp, dtmp);
200                  addcolor(cval, ctmp);
201          }
202 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
203 +                return;         /* specular already in photon map */
204          /*
205           *  Compute scattering coefficient using BSDF.
206           */
207 <        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, np))
207 >        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, omega, np))
208                  return;
209 <        if (ldot > 0) {         /* pattern only diffuse reflection */
175 <                COLOR   ctmp1, ctmp2;
176 <                dtmp = (np->pr->rod > 0) ? np->sd->rLambFront.cieY
177 <                                        : np->sd->rLambBack.cieY;
178 <                                        /* diffuse fraction */
179 <                dtmp /= PI * bright(ctmp);
180 <                copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
181 <                scalecolor(ctmp2, dtmp);
182 <                setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
183 <                addcolor(ctmp1, ctmp2);
184 <                multcolor(ctmp, ctmp1); /* apply derated pattern */
185 <                dtmp = ldot * omega;
186 <        } else {                        /* full pattern on transmission */
209 >        if (ldot < 0) {         /* pattern for specular transmission */
210                  multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
211                  dtmp = -ldot * omega;
212 <        }
212 >        } else
213 >                dtmp = ldot * omega;
214          scalecolor(ctmp, dtmp);
215          addcolor(cval, ctmp);
216   }
# Line 221 | Line 245 | dir_brdf(
245                  scalecolor(ctmp, dtmp);
246                  addcolor(cval, ctmp);
247          }
248 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
249 +                return;         /* specular already in photon map */
250          /*
251           *  Compute reflection coefficient using BSDF.
252           */
253 <        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, np))
253 >        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, omega, np))
254                  return;
229 –                                        /* pattern only diffuse reflection */
230 –        dtmp = (np->pr->rod > 0) ? np->sd->rLambFront.cieY
231 –                                : np->sd->rLambBack.cieY;
232 –        dtmp /= PI * bright(ctmp);      /* diffuse fraction */
233 –        copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
234 –        scalecolor(ctmp2, dtmp);
235 –        setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
236 –        addcolor(ctmp1, ctmp2);
237 –        multcolor(ctmp, ctmp1);         /* apply derated pattern */
255          dtmp = ldot * omega;
256          scalecolor(ctmp, dtmp);
257          addcolor(cval, ctmp);
# Line 270 | Line 287 | dir_btdf(
287                  scalecolor(ctmp, dtmp);
288                  addcolor(cval, ctmp);
289          }
290 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
291 +                return;         /* specular already in photon map */
292          /*
293           *  Compute scattering coefficient using BSDF.
294           */
295 <        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, np))
295 >        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, omega, np))
296                  return;
297                                          /* full pattern on transmission */
298          multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
# Line 296 | Line 315 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usep
315                                                  /* multiple samples? */
316          if (specjitter > 1.5) {
317                  nstarget = specjitter*ndp->pr->rweight + .5;
318 <                if (nstarget < 1)
300 <                        nstarget = 1;
318 >                nstarget += !nstarget;
319          }
320                                                  /* run through our samples */
321          for (nsent = 0; nsent < nstarget; nsent++) {
322 <                if (nstarget == 1)              /* stratify random variable */
322 >                if (nstarget == 1) {            /* stratify random variable */
323                          xrand = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
324 <                else
324 >                        if (specjitter < 1.)
325 >                                xrand = .5 + specjitter*(xrand-.5);
326 >                } else {
327                          xrand = (nsent + frandom())/(double)nstarget;
328 +                }
329                  SDerrorDetail[0] = '\0';        /* sample direction & coef. */
330 <                bsdf_jitter(vsmp, ndp, 0);
330 >                bsdf_jitter(vsmp, ndp, ndp->sr_vpsa[0]);
331                  ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, xrand, dcp);
332                  if (ec)
333                          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
# Line 345 | Line 366 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
366          COLORV          *unsc;
367  
368          if (sflags == SDsampSpT) {
369 <                unsc = ndp->tunsamp;
370 <                dfp = ndp->sd->tf;
371 <                cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->tLamb);
369 >                unsc = ndp->tdiff;
370 >                if (ndp->pr->rod > 0)
371 >                        dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
372 >                else
373 >                        dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
374          } else /* sflags == SDsampSpR */ {
375 <                unsc = ndp->runsamp;
376 <                if (ndp->pr->rod > 0) {
375 >                unsc = ndp->rdiff;
376 >                if (ndp->pr->rod > 0)
377                          dfp = ndp->sd->rf;
378 <                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambFront);
356 <                } else {
378 >                else
379                          dfp = ndp->sd->rb;
358 –                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambBack);
359 –                }
380          }
361 –        multcolor(unsc, ndp->pr->pcol);
381          if (dfp == NULL)                        /* no specular component? */
382                  return(0);
383                                                  /* below sampling threshold? */
# Line 367 | Line 386 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
386                          FVECT   vjit;
387                          double  d;
388                          COLOR   ctmp;
389 <                        bsdf_jitter(vjit, ndp, 1);
389 >                        bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
390                          d = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd);
391                          if (sflags == SDsampSpT) {
392                                  copycolor(ctmp, ndp->pr->pcol);
# Line 407 | Line 426 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
426          hitfront = (r->rod > 0);
427                                                  /* load cal file */
428          mf = getfunc(m, 5, 0x1d, 1);
429 +        setfunc(m, r);
430                                                  /* get thickness */
431          nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
432          if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
# Line 417 | Line 437 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
437                          raytrans(r);            /* pass-through */
438                  return(1);                      /* or shadow */
439          }
440 +                                                /* check backface visibility */
441 +        if (!hitfront & !backvis) {
442 +                raytrans(r);
443 +                return(1);
444 +        }
445                                                  /* check other rays to pass */
446          if (nd.thick != 0 && (!(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
447 <                                nd.thick > 0 ^ hitfront)) {
447 >                                (nd.thick > 0) ^ hitfront)) {
448                  raytrans(r);                    /* hide our proxy */
449                  return(1);
450          }
451 +        nd.mp = m;
452 +        nd.pr = r;
453                                                  /* get BSDF data */
454          nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[1]);
455                                                  /* diffuse reflectance */
456          if (hitfront) {
457 <                if (m->oargs.nfargs < 3)
458 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
459 <                else
433 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
457 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
458 >                if (m->oargs.nfargs >= 3) {
459 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[0],
460                                          m->oargs.farg[1],
461                                          m->oargs.farg[2]);
462 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
463 +                }
464          } else {
465 <                if (m->oargs.nfargs < 6) {      /* check invisible backside */
466 <                        if (!backvis && (nd.sd->rb == NULL) &
467 <                                                (nd.sd->tf == NULL)) {
440 <                                SDfreeCache(nd.sd);
441 <                                raytrans(r);
442 <                                return(1);
443 <                        }
444 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
445 <                } else
446 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
465 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambBack);
466 >                if (m->oargs.nfargs >= 6) {
467 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[3],
468                                          m->oargs.farg[4],
469                                          m->oargs.farg[5]);
470 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
471 +                }
472          }
473                                                  /* diffuse transmittance */
474 <        if (m->oargs.nfargs < 9)
475 <                setcolor(nd.tdiff, .0, .0, .0);
476 <        else
454 <                setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
474 >        cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLamb);
475 >        if (m->oargs.nfargs >= 9) {
476 >                setcolor(ctmp, m->oargs.farg[6],
477                                  m->oargs.farg[7],
478                                  m->oargs.farg[8]);
479 <        nd.mp = m;
480 <        nd.pr = r;
479 >                addcolor(nd.tdiff, ctmp);
480 >        }
481                                                  /* get modifiers */
482          raytexture(r, m->omod);
483                                                  /* modify diffuse values */
# Line 466 | Line 488 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
488          upvec[1] = evalue(mf->ep[2]);
489          upvec[2] = evalue(mf->ep[3]);
490                                                  /* return to world coords */
491 <        if (mf->f != &unitxf) {
492 <                multv3(upvec, upvec, mf->f->xfm);
493 <                nd.thick *= mf->f->sca;
491 >        if (mf->fxp != &unitxf) {
492 >                multv3(upvec, upvec, mf->fxp->xfm);
493 >                nd.thick *= mf->fxp->sca;
494          }
495 +        if (r->rox != NULL) {
496 +                multv3(upvec, upvec, r->rox->f.xfm);
497 +                nd.thick *= r->rox->f.sca;
498 +        }
499          raynormal(nd.pnorm, r);
500                                                  /* compute local BSDF xform */
501          ec = SDcompXform(nd.toloc, nd.pnorm, upvec);
# Line 481 | Line 507 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
507          }
508          if (!ec)
509                  ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
484 –                                                /* determine BSDF resolution */
485 –        if (!ec)
486 –                ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL,
487 –                                                SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
488 –        nd.thru_psa = .0;
489 –        if (!ec && nd.thick != 0 && r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) {
490 –                FVECT   vthru;
491 –                vthru[0] = -nd.vray[0];
492 –                vthru[1] = -nd.vray[1];
493 –                vthru[2] = -nd.vray[2];
494 –                ec = SDsizeBSDF(&nd.thru_psa, nd.vray, vthru,
495 –                                                SDqueryMin, nd.sd);
496 –        }
510          if (ec) {
511 <                objerror(m, WARNING, transSDError(ec));
499 <                SDfreeCache(nd.sd);
511 >                objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
512                  return(1);
513          }
514 +                                                /* determine BSDF resolution */
515 +        ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL, SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
516 +        if (ec)
517 +                objerror(m, USER, transSDError(ec));
518 +
519          nd.sr_vpsa[0] = sqrt(nd.sr_vpsa[0]);
520          nd.sr_vpsa[1] = sqrt(nd.sr_vpsa[1]);
521          if (!hitfront) {                        /* perturb normal towards hit */
# Line 511 | Line 528 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
528                                                  /* sample transmission */
529          sample_sdf(&nd, SDsampSpT);
530                                                  /* compute indirect diffuse */
531 <        copycolor(ctmp, nd.rdiff);
515 <        addcolor(ctmp, nd.runsamp);
516 <        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from reflection */
531 >        if (bright(nd.rdiff) > FTINY) {         /* ambient from reflection */
532                  if (!hitfront)
533                          flipsurface(r);
534 +                copycolor(ctmp, nd.rdiff);
535                  multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
536                  addcolor(r->rcol, ctmp);
537                  if (!hitfront)
538                          flipsurface(r);
539          }
540 <        copycolor(ctmp, nd.tdiff);
525 <        addcolor(ctmp, nd.tunsamp);
526 <        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from other side */
540 >        if (bright(nd.tdiff) > FTINY) {         /* ambient from other side */
541                  FVECT  bnorm;
542                  if (hitfront)
543                          flipsurface(r);
544                  bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
545                  bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
546                  bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
547 +                copycolor(ctmp, nd.tdiff);
548                  if (nd.thick != 0) {            /* proxy with offset? */
549                          VCOPY(vtmp, r->rop);
550 <                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, -nd.thick);
550 >                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, nd.thick);
551                          multambient(ctmp, r, bnorm);
552                          VCOPY(r->rop, vtmp);
553                  } else
# Line 542 | Line 557 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
557                          flipsurface(r);
558          }
559                                                  /* add direct component */
560 <        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL)) {
560 >        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL) &
561 >                                        (nd.sd->tb == NULL)) {
562                  direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection only */
563          } else if (nd.thick == 0) {
564                  direct(r, dir_bsdf, &nd);       /* thin surface scattering */

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