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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.31 by greg, Fri Feb 17 23:24:56 2017 UTC vs.
Revision 2.37 by greg, Thu May 18 17:59:37 2017 UTC

# Line 23 | Line 23 | static const char RCSid[] = "$Id$";
23   *  (opposite the surface normal) to bypass any intervening geometry.
24   *  Translation only affects scattered, non-source-directed samples.
25   *  A non-zero thickness has the further side-effect that an unscattered
26 < *  (view) ray will pass right through our material if it has any
27 < *  non-diffuse transmission, making the BSDF surface invisible.  This
28 < *  shows the proxied geometry instead. Thickness has the further
29 < *  effect of turning off reflection on the hidden side so that rays
30 < *  heading in the opposite direction pass unimpeded through the BSDF
26 > *  (view) ray will pass right through our material, making the BSDF
27 > *  surface invisible and showing the proxied geometry instead. Thickness
28 > *  has the further effect of turning off reflection on the reverse side so
29 > *  rays heading in the opposite direction pass unimpeded through the BSDF
30   *  surface.  A paired surface may be placed on the opposide side of
31   *  the detail geometry, less than this thickness away, if a two-way
32   *  proxy is desired.  Note that the sign of the thickness is important.
# Line 36 | Line 35 | static const char RCSid[] = "$Id$";
35   *  hides geometry in front of the surface when rays hit from behind,
36   *  and applies only the transmission and backside reflectance properties.
37   *  Reflection is ignored on the hidden side, as those rays pass through.
38 + *      When thickness is set to zero, shadow rays will be blocked unless
39 + *  a BTDF has a strong "through" component in the source direction.
40 + *  A separate test prevents over-counting by dropping specular & ambient
41 + *  samples that are too close to this "through" direction.  The same
42 + *  restriction applies for the proxy case (thickness != 0).
43   *      The "up" vector for the BSDF is given by three variables, defined
44   *  (along with the thickness) by the named function file, or '.' if none.
45   *  Together with the surface normal, this defines the local coordinate
# Line 43 | Line 47 | static const char RCSid[] = "$Id$";
47   *      We do not reorient the surface, so if the BSDF has no back-side
48   *  reflectance and none is given in the real arguments, a BSDF surface
49   *  with zero thickness will appear black when viewed from behind
50 < *  unless backface visibility is off.
50 > *  unless backface visibility is on, when it becomes invisible.
51   *      The diffuse arguments are added to components in the BSDF file,
52   *  not multiplied.  However, patterns affect this material as a multiplier
53   *  on everything except non-diffuse reflection.
# Line 59 | Line 63 | static const char RCSid[] = "$Id$";
63   /*
64   * Note that our reverse ray-tracing process means that the positions
65   * of incoming and outgoing vectors may be reversed in our calls
66 < * to the BSDF library.  This is fine, since the bidirectional nature
66 > * to the BSDF library.  This is usually fine, since the bidirectional nature
67   * of the BSDF (that's what the 'B' stands for) means it all works out.
68   */
69  
# Line 72 | Line 76 | typedef struct {
76          RREAL   toloc[3][3];    /* world to local BSDF coords */
77          RREAL   fromloc[3][3];  /* local BSDF coords to world */
78          double  thick;          /* surface thickness */
79 +        COLOR   cthru;          /* "through" component multiplier */
80          SDData  *sd;            /* loaded BSDF data */
81          COLOR   rdiff;          /* diffuse reflection */
82          COLOR   tdiff;          /* diffuse transmission */
# Line 79 | Line 84 | typedef struct {
84  
85   #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
86  
87 + /* Compute "through" component color */
88 + static void
89 + compute_through(BSDFDAT *ndp)
90 + {
91 + #define NDIR2CHECK      13
92 +        static const float      dir2check[NDIR2CHECK][2] = {
93 +                                        {0, 0},
94 +                                        {-0.8, 0},
95 +                                        {0, 0.8},
96 +                                        {0, -0.8},
97 +                                        {0.8, 0},
98 +                                        {-0.8, 0.8},
99 +                                        {-0.8, -0.8},
100 +                                        {0.8, 0.8},
101 +                                        {0.8, -0.8},
102 +                                        {-1.6, 0},
103 +                                        {0, 1.6},
104 +                                        {0, -1.6},
105 +                                        {1.6, 0},
106 +                                };
107 +        const double    peak_over = 2.0;
108 +        SDSpectralDF    *dfp;
109 +        FVECT           pdir;
110 +        double          tomega, srchrad;
111 +        COLOR           vpeak, vsum;
112 +        int             nsum, i;
113 +        SDError         ec;
114 +
115 +        setcolor(ndp->cthru, .0, .0, .0);       /* starting assumption */
116 +
117 +        if (ndp->pr->rod > 0)
118 +                dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
119 +        else
120 +                dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
121 +
122 +        if (dfp == NULL)
123 +                return;                         /* no specular transmission */
124 +        if (bright(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
125 +                return;                         /* pattern is black, here */
126 +        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else search for peak */
127 +        setcolor(vpeak, .0, .0, .0);
128 +        setcolor(vsum, .0, .0, .0);
129 +        nsum = 0;
130 +        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
131 +                FVECT   tdir;
132 +                SDValue sv;
133 +                COLOR   vcol;
134 +                tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
135 +                tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
136 +                tdir[2] = -ndp->vray[2];
137 +                normalize(tdir);
138 +                ec = SDevalBSDF(&sv, tdir, ndp->vray, ndp->sd);
139 +                if (ec)
140 +                        goto baderror;
141 +                cvt_sdcolor(vcol, &sv);
142 +                addcolor(vsum, vcol);
143 +                ++nsum;
144 +                if (bright(vcol) > bright(vpeak)) {
145 +                        copycolor(vpeak, vcol);
146 +                        VCOPY(pdir, tdir);
147 +                }
148 +        }
149 +        ec = SDsizeBSDF(&tomega, pdir, ndp->vray, SDqueryMin, ndp->sd);
150 +        if (ec)
151 +                goto baderror;
152 +        if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA)
153 +                return;                         /* not really a peak? */
154 +        if ((bright(vpeak) - ndp->sd->tLamb.cieY*(1./PI))*tomega <= .007)
155 +                return;                         /* < 0.7% transmission */
156 +        for (i = 3; i--; )                      /* remove peak from average */
157 +                colval(vsum,i) -= colval(vpeak,i);
158 +        --nsum;
159 +        if (peak_over*bright(vsum) >= nsum*bright(vpeak))
160 +                return;                         /* not peaky enough */
161 +        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* else use it */
162 +        scalecolor(ndp->cthru, tomega);
163 +        multcolor(ndp->cthru, ndp->pr->pcol);   /* modify by pattern */
164 +        return;
165 + baderror:
166 +        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
167 + #undef NDIR2CHECK
168 + }
169 +
170   /* Jitter ray sample according to projected solid angle and specjitter */
171   static void
172   bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
# Line 93 | Line 181 | bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
181          normalize(vres);
182   }
183  
184 < /* Evaluate BSDF for direct component, returning true if OK to proceed */
184 > /* Get BSDF specular for direct component, returning true if OK to proceed */
185   static int
186 < direct_bsdf_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
186 > direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
187   {
188          int     nsamp, ok = 0;
189          FVECT   vsrc, vsmp, vjit;
190 <        double  tomega;
190 >        double  tomega, tomega2;
191          double  sf, tsr, sd[2];
192 <        COLOR   csmp;
192 >        COLOR   csmp, cdiff;
193 >        double  diffY;
194          SDValue sv;
195          SDError ec;
196          int     i;
197 +                                        /* in case we fail */
198 +        setcolor(cval, .0, .0, .0);
199                                          /* transform source direction */
200          if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
201                  return(0);
202 <                                        /* assign number of samples */
202 >                                        /* will discount diffuse portion */
203 >        switch ((vsrc[2] > 0)<<1 | (ndp->vray[2] > 0)) {
204 >        case 3:
205 >                if (ndp->sd->rf == NULL)
206 >                        return(0);      /* all diffuse */
207 >                sv = ndp->sd->rLambFront;
208 >                break;
209 >        case 0:
210 >                if (ndp->sd->rb == NULL)
211 >                        return(0);      /* all diffuse */
212 >                sv = ndp->sd->rLambBack;
213 >                break;
214 >        default:
215 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
216 >                        return(0);      /* all diffuse */
217 >                sv = ndp->sd->tLamb;
218 >                break;
219 >        }
220 >        if (sv.cieY > FTINY) {
221 >                diffY = sv.cieY *= 1./PI;
222 >                cvt_sdcolor(cdiff, &sv);
223 >        } else {
224 >                diffY = .0;
225 >                setcolor(cdiff, .0, .0, .0);
226 >        }
227 >                                        /* need projected solid angles */
228 >        omega *= fabs(vsrc[2]);
229          ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
230          if (ec)
231                  goto baderror;
232                                          /* check indirect over-counting */
233 <        if (ndp->thick != 0 && ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)
234 <                                && vsrc[2] > 0 ^ ndp->vray[2] > 0) {
233 >        if ((ndp->thick != 0 || bright(ndp->cthru) > FTINY)
234 >                                && ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)
235 >                                && (vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0)) {
236                  double  dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
237                  double  dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
238 <                if (dx*dx + dy*dy <= omega+tomega)
238 >                if (dx*dx + dy*dy <= (4./PI)*(omega + tomega +
239 >                                                2.*sqrt(omega*tomega)))
240                          return(0);
241          }
242 +                                        /* assign number of samples */
243          sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
244          if (tomega <= .0)
245                  nsamp = 1;
# Line 128 | Line 248 | direct_bsdf_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, B
248          else
249                  nsamp = 4.*sf*omega/tomega + .5;
250          nsamp += !nsamp;
251 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);     /* sample our source area */
132 <        sf = sqrt(omega);
251 >        sf = sqrt(omega);               /* sample our source area */
252          tsr = sqrt(tomega);
253          for (i = nsamp; i--; ) {
254                  VCOPY(vsmp, vsrc);      /* jitter query directions */
# Line 137 | Line 256 | direct_bsdf_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, B
256                          multisamp(sd, 2, (i + frandom())/(double)nsamp);
257                          vsmp[0] += (sd[0] - .5)*sf;
258                          vsmp[1] += (sd[1] - .5)*sf;
259 <                        if (normalize(vsmp) == 0) {
141 <                                --nsamp;
142 <                                continue;
143 <                        }
259 >                        normalize(vsmp);
260                  }
261                  bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
262                                          /* compute BSDF */
263                  ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsmp, ndp->sd);
264                  if (ec)
265                          goto baderror;
266 <                if (sv.cieY <= FTINY)   /* worth using? */
267 <                        continue;
266 >                if (sv.cieY - diffY <= FTINY)
267 >                        continue;       /* no specular part */
268 >                                        /* check for variable resolution */
269 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega2, vjit, vsmp, SDqueryMin, ndp->sd);
270 >                if (ec)
271 >                        goto baderror;
272 >                if (tomega2 < .12*tomega)
273 >                        continue;       /* not safe to include */
274                  cvt_sdcolor(csmp, &sv);
275 <                addcolor(cval, csmp);   /* average it in */
275 >                addcolor(cval, csmp);   /* else average it in */
276                  ++ok;
277          }
278 <        sf = 1./(double)nsamp;
278 >        if (!ok)                        /* no valid specular samples? */
279 >                return(0);
280 >
281 >        sf = 1./(double)ok;             /* compute average BSDF */
282          scalecolor(cval, sf);
283 <        return(ok);
283 >                                        /* subtract diffuse contribution */
284 >        for (i = 3*(diffY > FTINY); i--; )
285 >                if ((colval(cval,i) -= colval(cdiff,i)) < .0)
286 >                        colval(cval,i) = .0;
287 >        return(1);
288   baderror:
289          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
290          return(0);                      /* gratis return */
# Line 202 | Line 331 | dir_bsdf(
331          if (ambRayInPmap(np->pr))
332                  return;         /* specular already in photon map */
333          /*
334 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
334 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF.
335           */
336 <        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, omega, np))
336 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
337                  return;
338          if (ldot < 0) {         /* pattern for specular transmission */
339                  multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
# Line 248 | Line 377 | dir_brdf(
377          if (ambRayInPmap(np->pr))
378                  return;         /* specular already in photon map */
379          /*
380 <         *  Compute reflection coefficient using BSDF.
380 >         *  Compute specular reflection coefficient using BSDF.
381           */
382 <        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, omega, np))
382 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
383                  return;
384          dtmp = ldot * omega;
385          scalecolor(ctmp, dtmp);
# Line 290 | Line 419 | dir_btdf(
419          if (ambRayInPmap(np->pr))
420                  return;         /* specular already in photon map */
421          /*
422 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
422 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF.
423           */
424 <        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, omega, np))
424 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
425                  return;
426                                          /* full pattern on transmission */
427          multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
# Line 348 | Line 477 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usep
477                          continue;               /* Russian roulette victim */
478                  }
479                                                  /* need to offset origin? */
480 <                if (ndp->thick != 0 && ndp->pr->rod > 0 ^ vsmp[2] > 0)
480 >                if (ndp->thick != 0 && (ndp->pr->rod > 0) ^ (vsmp[2] > 0))
481                          VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, -ndp->thick);
482                  rayvalue(&sr);                  /* send & evaluate sample */
483                  multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
# Line 431 | Line 560 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
560          nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
561          if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
562                  nd.thick = .0;
434 –                                                /* check shadow */
435 –        if (r->crtype & SHADOW) {
436 –                if (nd.thick != 0)
437 –                        raytrans(r);            /* pass-through */
438 –                return(1);                      /* or shadow */
439 –        }
563                                                  /* check backface visibility */
564          if (!hitfront & !backvis) {
565                  raytrans(r);
566                  return(1);
567          }
568                                                  /* check other rays to pass */
569 <        if (nd.thick != 0 && (!(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
569 >        if (nd.thick != 0 && (r->crtype & SHADOW ||
570 >                                !(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
571                                  (nd.thick > 0) ^ hitfront)) {
572                  raytrans(r);                    /* hide our proxy */
573                  return(1);
# Line 452 | Line 576 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
576          nd.pr = r;
577                                                  /* get BSDF data */
578          nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[1]);
579 +                                                /* early shadow check */
580 +        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL))
581 +                return(1);
582                                                  /* diffuse reflectance */
583          if (hitfront) {
584                  cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
# Line 505 | Line 632 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
632                  nd.vray[2] = -r->rdir[2];
633                  ec = SDmapDir(nd.vray, nd.toloc, nd.vray);
634          }
508 –        if (!ec)
509 –                ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
635          if (ec) {
636                  objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
637                  return(1);
638          }
639 <                                                /* determine BSDF resolution */
640 <        ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL, SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
639 >        compute_through(&nd);                   /* compute through component */
640 >        if (r->crtype & SHADOW) {
641 >                RAY     tr;                     /* attempt to pass shadow ray */
642 >                if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
643 >                        return(1);              /* blocked */
644 >                VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
645 >                rayvalue(&tr);                  /* transmit with scaling */
646 >                multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
647 >                copycolor(r->rcol, tr.rcol);
648 >                return(1);                      /* we're done */
649 >        }
650 >        ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
651 >        if (!ec)                                /* determine BSDF resolution */
652 >                ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL,
653 >                                        SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
654          if (ec)
655                  objerror(m, USER, transSDError(ec));
656  

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