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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.40 by greg, Mon Jul 17 00:14:28 2017 UTC vs.
Revision 2.59 by greg, Wed Jun 3 02:27:32 2020 UTC

# Line 8 | Line 8 | static const char RCSid[] = "$Id$";
8   #include "copyright.h"
9  
10   #include  "ray.h"
11 + #include  "otypes.h"
12   #include  "ambient.h"
13   #include  "source.h"
14   #include  "func.h"
# Line 16 | Line 17 | static const char RCSid[] = "$Id$";
17   #include  "pmapmat.h"
18  
19   /*
20 < *      Arguments to this material include optional diffuse colors.
20 >  *     Arguments to this material include optional diffuse colors.
21   *  String arguments include the BSDF and function files.
22 < *      A non-zero thickness causes the strange but useful behavior
22 > *      For the MAT_BSDF type, a non-zero thickness causes the useful behavior
23   *  of translating transmitted rays this distance beneath the surface
24   *  (opposite the surface normal) to bypass any intervening geometry.
25   *  Translation only affects scattered, non-source-directed samples.
# Line 35 | Line 36 | static const char RCSid[] = "$Id$";
36   *  hides geometry in front of the surface when rays hit from behind,
37   *  and applies only the transmission and backside reflectance properties.
38   *  Reflection is ignored on the hidden side, as those rays pass through.
39 < *      When thickness is set to zero, shadow rays will be blocked unless
40 < *  a BTDF has a strong "through" component in the source direction.
39 > *      For the MAT_ABSDF type, we check for a strong "through" component.
40 > *  Such a component will cause direct rays to pass through unscattered.
41   *  A separate test prevents over-counting by dropping samples that are
42   *  too close to this "through" direction.  BSDFs with such a through direction
43   *  will also have a view component, meaning they are somewhat see-through.
44 + *  A MAT_BSDF type with zero thickness behaves the same as a MAT_ABSDF
45 + *  type with no strong through component.
46   *      The "up" vector for the BSDF is given by three variables, defined
47   *  (along with the thickness) by the named function file, or '.' if none.
48   *  Together with the surface normal, this defines the local coordinate
# Line 52 | Line 55 | static const char RCSid[] = "$Id$";
55   *  not multiplied.  However, patterns affect this material as a multiplier
56   *  on everything except non-diffuse reflection.
57   *
58 + *  Arguments for MAT_ABSDF are:
59 + *      5+      BSDFfile        ux uy uz        funcfile        transform
60 + *      0
61 + *      0|3|6|9 rdf     gdf     bdf
62 + *              rdb     gdb     bdb
63 + *              rdt     gdt     bdt
64 + *
65   *  Arguments for MAT_BSDF are:
66   *      6+      thick   BSDFfile        ux uy uz        funcfile        transform
67   *      0
# Line 76 | Line 86 | typedef struct {
86          RREAL   toloc[3][3];    /* world to local BSDF coords */
87          RREAL   fromloc[3][3];  /* local BSDF coords to world */
88          double  thick;          /* surface thickness */
89 <        COLOR   cthru;          /* "through" component multiplier */
89 >        COLOR   cthru;          /* "through" component for MAT_ABSDF */
90          SDData  *sd;            /* loaded BSDF data */
91          COLOR   rdiff;          /* diffuse reflection */
92          COLOR   runsamp;        /* BSDF hemispherical reflection */
# Line 86 | Line 96 | typedef struct {
96  
97   #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
98  
99 < /* Compute "through" component color */
99 > typedef struct {
100 >        double  vy;             /* brightness (for sorting) */
101 >        FVECT   tdir;           /* through sample direction (normalized) */
102 >        COLOR   vcol;           /* BTDF color */
103 > }  PEAKSAMP;            /* BTDF peak sample */
104 >
105 > /* Comparison function to put near-peak values in descending order */
106 > static int
107 > cmp_psamp(const void *p1, const void *p2)
108 > {
109 >        double  diff = (*(const PEAKSAMP *)p1).vy - (*(const PEAKSAMP *)p2).vy;
110 >        if (diff > 0) return(-1);
111 >        if (diff < 0) return(1);
112 >        return(0);
113 > }
114 >
115 > /* Compute "through" component color for MAT_ABSDF */
116   static void
117   compute_through(BSDFDAT *ndp)
118   {
# Line 106 | Line 132 | compute_through(BSDFDAT *ndp)
132                                          {0, -1.6},
133                                          {1.6, 0},
134                                  };
135 <        const double    peak_over = 2.0;
135 >        const double    peak_over = 1.5;
136 >        PEAKSAMP        psamp[NDIR2CHECK];
137          SDSpectralDF    *dfp;
138          FVECT           pdir;
139          double          tomega, srchrad;
140 <        COLOR           vpeak, vsum;
141 <        int             i;
140 >        double          tomsum;
141 >        COLOR           vpeak;
142 >        double          vypeak, vysum;
143 >        int             i, ns, ntot;
144          SDError         ec;
145  
117 –        setcolor(ndp->cthru, 0, 0, 0);          /* starting assumption */
118 –
146          if (ndp->pr->rod > 0)
147                  dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
148          else
# Line 125 | Line 152 | compute_through(BSDFDAT *ndp)
152                  return;                         /* no specular transmission */
153          if (bright(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
154                  return;                         /* pattern is black, here */
155 <        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else search for peak */
156 <        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
130 <        setcolor(vsum, 0, 0, 0);
155 >        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else evaluate peak */
156 >        vysum = 0;
157          for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
132 –                FVECT   tdir;
158                  SDValue sv;
159 <                COLOR   vcol;
160 <                tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
161 <                tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
162 <                tdir[2] = -ndp->vray[2];
163 <                normalize(tdir);
139 <                ec = SDevalBSDF(&sv, tdir, ndp->vray, ndp->sd);
159 >                psamp[i].tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
160 >                psamp[i].tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
161 >                psamp[i].tdir[2] = -ndp->vray[2];
162 >                normalize(psamp[i].tdir);
163 >                ec = SDevalBSDF(&sv, psamp[i].tdir, ndp->vray, ndp->sd);
164                  if (ec)
165                          goto baderror;
166 <                cvt_sdcolor(vcol, &sv);
167 <                addcolor(vsum, vcol);
168 <                if (bright(vcol) > bright(vpeak)) {
169 <                        copycolor(vpeak, vcol);
170 <                        VCOPY(pdir, tdir);
166 >                cvt_sdcolor(psamp[i].vcol, &sv);
167 >                vysum += psamp[i].vy = sv.cieY;
168 >        }
169 >        if (vysum <= FTINY)                     /* zero neighborhood? */
170 >                return;
171 >        qsort(psamp, NDIR2CHECK, sizeof(PEAKSAMP), cmp_psamp);
172 >        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
173 >        vypeak = tomsum = 0;                    /* combine top unique values */
174 >        ns = 0; ntot = NDIR2CHECK;
175 >        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
176 >                if (i) {
177 >                        if (psamp[i].vy == psamp[i-1].vy) {
178 >                                vysum -= psamp[i].vy;
179 >                                --ntot;
180 >                                continue;       /* assume duplicate sample */
181 >                        }
182 >                        if (vypeak > 8.*psamp[i].vy*ns)
183 >                                continue;       /* peak cut-off */
184                  }
185 +                ec = SDsizeBSDF(&tomega, psamp[i].tdir, ndp->vray,
186 +                                                SDqueryMin, ndp->sd);
187 +                if (ec)
188 +                        goto baderror;
189 +                if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA) {
190 +                        if (!i) return;         /* not really a peak? */
191 +                        continue;
192 +                }
193 +                scalecolor(psamp[i].vcol, tomega);
194 +                addcolor(vpeak, psamp[i].vcol);
195 +                tomsum += tomega;
196 +                vypeak += psamp[i].vy;
197 +                ++ns;
198          }
199 <        ec = SDsizeBSDF(&tomega, pdir, ndp->vray, SDqueryMin, ndp->sd);
200 <        if (ec)
201 <                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 <= .001)
199 >        if (vypeak*(ntot-ns) < peak_over*(vysum-vypeak)*ns)
200 >                return;                         /* peak not peaky enough */
201 >        if ((vypeak/ns - ndp->sd->tLamb.cieY*(1./PI))*tomsum <= .001)
202                  return;                         /* < 0.1% transmission */
203 <        for (i = 3; i--; )                      /* remove peak from average */
157 <                colval(vsum,i) -= colval(vpeak,i);
158 <        if (peak_over*bright(vsum) >= (NDIR2CHECK-1)*bright(vpeak))
159 <                return;                         /* not peaky enough */
160 <        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* else use it */
161 <        scalecolor(ndp->cthru, tomega);
203 >        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* already scaled by omega */
204          multcolor(ndp->cthru, ndp->pr->pcol);   /* modify by pattern */
205          return;
206   baderror:
# Line 184 | Line 226 | bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
226   static int
227   direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
228   {
229 <        int     nsamp, ok = 0;
229 >        int     nsamp;
230 >        double  wtot = 0;
231          FVECT   vsrc, vsmp, vjit;
232          double  tomega, tomega2;
233          double  sf, tsr, sd[2];
# Line 223 | Line 266 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
266                  diffY = 0;
267                  setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
268          }
269 <                                        /* need projected solid angles */
269 >                                        /* need projected solid angle */
270          omega *= fabs(vsrc[2]);
228 –        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
229 –        if (ec)
230 –                goto baderror;
271                                          /* check indirect over-counting */
272          if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && bright(ndp->cthru) > FTINY) {
273 <                double  dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
274 <                double  dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
275 <                if (dx*dx + dy*dy <= (4./PI)*(omega + tomega +
276 <                                                2.*sqrt(omega*tomega)))
273 >                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
274 >                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
275 >                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
276 >                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
277 >                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
278 >
279 >                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(omega + dfp->minProjSA +
280 >                                                2.*sqrt(omega*dfp->minProjSA)))
281                          return(0);
282          }
283 +        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
284 +        if (ec)
285 +                goto baderror;
286                                          /* assign number of samples */
287          sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
288          if (tomega <= 0)
# Line 269 | Line 316 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
316                  if (tomega2 < .12*tomega)
317                          continue;       /* not safe to include */
318                  cvt_sdcolor(csmp, &sv);
319 <                addcolor(cval, csmp);   /* else average it in */
320 <                ++ok;
319 > #if 0
320 >                if (sf < 2.5*tsr) {     /* weight by BSDF for small sources */
321 >                        scalecolor(csmp, sv.cieY);
322 >                        wtot += sv.cieY;
323 >                } else
324 > #endif
325 >                wtot += 1.;
326 >                addcolor(cval, csmp);
327          }
328 <        if (!ok)                        /* no valid specular samples? */
328 >        if (wtot <= FTINY)              /* no valid specular samples? */
329                  return(0);
330  
331 <        sf = 1./(double)ok;             /* compute average BSDF */
331 >        sf = 1./wtot;                   /* weighted average BSDF */
332          scalecolor(cval, sf);
333                                          /* subtract diffuse contribution */
334          for (i = 3*(diffY > FTINY); i--; )
# Line 431 | Line 484 | dir_btdf(
484   static int
485   sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit)
486   {
487 <        int     hasthru = (xmit && !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
488 <                                && bright(ndp->cthru) > FTINY);
489 <        int     nstarget = 1;
490 <        int     nsent = 0;
491 <        int     n;
492 <        SDError ec;
493 <        SDValue bsv;
494 <        double  xrand;
495 <        FVECT   vsmp, vinc;
496 <        RAY     sr;
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;
# Line 479 | Line 533 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit
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 <                        continue;               /* Russian roulette victim */
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                  if (xmit && ndp->thick != 0)    /* need to offset origin? */
545                          VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, -ndp->thick);
# Line 497 | Line 555 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit
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);
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;
# Line 522 | Line 580 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
580          if (dfp == NULL)                        /* no specular component? */
581                  return(0);
582  
525 –        dimlist[ndims++] = (int)(size_t)ndp->mp;
583          if (hasthru) {                          /* separate view sample? */
584                  RAY     tr;
585                  if (rayorigin(&tr, TRANS, ndp->pr, ndp->cthru) == 0) {
# Line 530 | 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
594                          hasthru = 0;
595          }
596 <        ndims--;
539 <        if (dfp->maxHemi - b <= FTINY) {        /* how specular to sample? */
596 >        if (dfp->maxHemi - b <= FTINY) {        /* have specular to sample? */
597                  b = 0;
598          } else {
599                  FVECT   vjit;
# Line 554 | Line 611 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
611                  }
612                  return(ntotal);
613          }
614 <        ndims += 2;                             /* else sample specular */
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 567 | 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;
# Line 574 | Line 633 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
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                                                  /* record surface struck */
640          hitfront = (r->rod > 0);
641                                                  /* load cal file */
642 <        mf = getfunc(m, 5, 0x1d, 1);
642 >        mf = hasthick   ? getfunc(m, 5, 0x1d, 1)
643 >                        : getfunc(m, 4, 0xe, 1) ;
644          setfunc(m, r);
645 <                                                /* get thickness */
646 <        nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
647 <        if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
648 <                nd.thick = 0;
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 backface visibility */
652          if (!hitfront & !backvis) {
653                  raytrans(r);
# Line 598 | Line 660 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
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[1]);
669 <                                                /* early shadow check */
670 <        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL))
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);
672                  return(1);
673 +        }
674                                                  /* diffuse reflectance */
675          if (hitfront) {
676                  cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
# Line 637 | Line 703 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
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->fxp != &unitxf) {
711                  multv3(upvec, upvec, mf->fxp->xfm);
# Line 660 | 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 <        compute_through(&nd);                   /* compute through component */
733 <        if (r->crtype & SHADOW) {
734 <                RAY     tr;                     /* attempt to pass shadow ray */
735 <                if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
736 <                        return(1);              /* blocked */
737 <                VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
738 <                rayvalue(&tr);                  /* transmit with scaling */
739 <                multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
740 <                copycolor(r->rcol, tr.rcol);
741 <                return(1);                      /* we're done */
732 >        setcolor(nd.cthru, 0, 0, 0);            /* consider through component */
733 >        if (m->otype == MAT_ABSDF) {
734 >                compute_through(&nd);
735 >                if (r->crtype & SHADOW) {
736 >                        RAY     tr;             /* attempt to pass shadow ray */
737 >                        SDfreeCache(nd.sd);
738 >                        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
739 >                                return(1);      /* no through component */
740 >                        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
741 >                        rayvalue(&tr);          /* transmit with scaling */
742 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
743 >                        copycolor(r->rcol, tr.rcol);
744 >                        return(1);              /* we're done */
745 >                }
746          }
747          ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
748          if (!ec)                                /* determine BSDF resolution */

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