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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.35 by greg, Tue May 16 02:52:15 2017 UTC vs.
Revision 2.40 by greg, Mon Jul 17 00:14:28 2017 UTC

# Line 37 | Line 37 | static const char RCSid[] = "$Id$";
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).
40 > *  A separate test prevents over-counting by dropping samples that are
41 > *  too close to this "through" direction.  BSDFs with such a through direction
42 > *  will also have a view component, meaning they are somewhat see-through.
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 79 | Line 79 | typedef struct {
79          COLOR   cthru;          /* "through" component multiplier */
80          SDData  *sd;            /* loaded BSDF data */
81          COLOR   rdiff;          /* diffuse reflection */
82 +        COLOR   runsamp;        /* BSDF hemispherical reflection */
83          COLOR   tdiff;          /* diffuse transmission */
84 +        COLOR   tunsamp;        /* BSDF hemispherical transmission */
85   }  BSDFDAT;             /* BSDF material data */
86  
87   #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
# Line 109 | Line 111 | compute_through(BSDFDAT *ndp)
111          FVECT           pdir;
112          double          tomega, srchrad;
113          COLOR           vpeak, vsum;
114 <        int             nsum, i;
114 >        int             i;
115          SDError         ec;
116  
117 <        setcolor(ndp->cthru, .0, .0, .0);       /* starting assumption */
117 >        setcolor(ndp->cthru, 0, 0, 0);          /* starting assumption */
118  
119          if (ndp->pr->rod > 0)
120                  dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
# Line 124 | Line 126 | compute_through(BSDFDAT *ndp)
126          if (bright(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
127                  return;                         /* pattern is black, here */
128          srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else search for peak */
129 <        setcolor(vpeak, .0, .0, .0);
130 <        setcolor(vsum, .0, .0, .0);
129 <        nsum = 0;
129 >        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
130 >        setcolor(vsum, 0, 0, 0);
131          for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
132                  FVECT   tdir;
133                  SDValue sv;
# Line 134 | Line 135 | compute_through(BSDFDAT *ndp)
135                  tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
136                  tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
137                  tdir[2] = -ndp->vray[2];
138 <                if (normalize(tdir) == 0)
138 <                        continue;
138 >                normalize(tdir);
139                  ec = SDevalBSDF(&sv, tdir, ndp->vray, ndp->sd);
140                  if (ec)
141                          goto baderror;
142                  cvt_sdcolor(vcol, &sv);
143                  addcolor(vsum, vcol);
144 –                ++nsum;
144                  if (bright(vcol) > bright(vpeak)) {
145                          copycolor(vpeak, vcol);
146                          VCOPY(pdir, tdir);
# Line 152 | Line 151 | compute_through(BSDFDAT *ndp)
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 */
154 >        if ((bright(vpeak) - ndp->sd->tLamb.cieY*(1./PI))*tomega <= .001)
155 >                return;                         /* < 0.1% transmission */
156          for (i = 3; i--; )                      /* remove peak from average */
157                  colval(vsum,i) -= colval(vpeak,i);
158 <        --nsum;
160 <        if (peak_over*bright(vsum) >= nsum*bright(vpeak))
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);
# Line 188 | Line 186 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
186   {
187          int     nsamp, ok = 0;
188          FVECT   vsrc, vsmp, vjit;
189 <        double  tomega;
189 >        double  tomega, tomega2;
190          double  sf, tsr, sd[2];
191          COLOR   csmp, cdiff;
192          double  diffY;
193          SDValue sv;
194          SDError ec;
195          int     i;
196 +                                        /* in case we fail */
197 +        setcolor(cval,  0, 0, 0);
198                                          /* transform source direction */
199          if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
200                  return(0);
# Line 220 | Line 220 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
220                  diffY = sv.cieY *= 1./PI;
221                  cvt_sdcolor(cdiff, &sv);
222          } else {
223 <                diffY = .0;
224 <                setcolor(cdiff, .0, .0, .0);
223 >                diffY = 0;
224 >                setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
225          }
226 <                                        /* assign number of samples */
226 >                                        /* need projected solid angles */
227 >        omega *= fabs(vsrc[2]);
228          ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
229          if (ec)
230                  goto baderror;
231                                          /* check indirect over-counting */
232 <        if ((ndp->thick != 0 || bright(ndp->cthru) > FTINY)
232 <                                && ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)
233 <                                && (vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0)) {
232 >        if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && bright(ndp->cthru) > FTINY) {
233                  double  dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
234                  double  dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
235 <                if (dx*dx + dy*dy <= omega+tomega)
235 >                if (dx*dx + dy*dy <= (4./PI)*(omega + tomega +
236 >                                                2.*sqrt(omega*tomega)))
237                          return(0);
238          }
239 +                                        /* assign number of samples */
240          sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
241 <        if (tomega <= .0)
241 >        if (tomega <= 0)
242                  nsamp = 1;
243          else if (25.*tomega <= omega)
244                  nsamp = 100.*sf + .5;
245          else
246                  nsamp = 4.*sf*omega/tomega + .5;
247          nsamp += !nsamp;
248 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);     /* sample our source area */
248 <        sf = sqrt(omega);
248 >        sf = sqrt(omega);               /* sample our source area */
249          tsr = sqrt(tomega);
250          for (i = nsamp; i--; ) {
251                  VCOPY(vsmp, vsrc);      /* jitter query directions */
# Line 253 | Line 253 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
253                          multisamp(sd, 2, (i + frandom())/(double)nsamp);
254                          vsmp[0] += (sd[0] - .5)*sf;
255                          vsmp[1] += (sd[1] - .5)*sf;
256 <                        if (normalize(vsmp) == 0) {
257 <                                --nsamp;
258 <                                continue;
259 <                        }
256 >                        normalize(vsmp);
257                  }
258                  bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
259                                          /* compute BSDF */
260                  ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsmp, ndp->sd);
261                  if (ec)
262                          goto baderror;
263 <                if (sv.cieY - diffY <= FTINY) {
267 <                        addcolor(cval, cdiff);
263 >                if (sv.cieY - diffY <= FTINY)
264                          continue;       /* no specular part */
265 <                }
265 >                                        /* check for variable resolution */
266 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega2, vjit, vsmp, SDqueryMin, ndp->sd);
267 >                if (ec)
268 >                        goto baderror;
269 >                if (tomega2 < .12*tomega)
270 >                        continue;       /* not safe to include */
271                  cvt_sdcolor(csmp, &sv);
272                  addcolor(cval, csmp);   /* else average it in */
273                  ++ok;
274          }
275 <        if (!ok) {
276 <                setcolor(cval, .0, .0, .0);
277 <                return(0);              /* no valid specular samples */
278 <        }
278 <        sf = 1./(double)nsamp;
275 >        if (!ok)                        /* no valid specular samples? */
276 >                return(0);
277 >
278 >        sf = 1./(double)ok;             /* compute average BSDF */
279          scalecolor(cval, sf);
280                                          /* subtract diffuse contribution */
281          for (i = 3*(diffY > FTINY); i--; )
282 <                if ((colval(cval,i) -= colval(cdiff,i)) < .0)
283 <                        colval(cval,i) = .0;
282 >                if ((colval(cval,i) -= colval(cdiff,i)) < 0)
283 >                        colval(cval,i) = 0;
284          return(1);
285   baderror:
286          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
# Line 301 | Line 301 | dir_bsdf(
301          double          dtmp;
302          COLOR           ctmp;
303  
304 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
304 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
305  
306          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
307          if ((-FTINY <= ldot) & (ldot <= FTINY))
# Line 309 | Line 309 | dir_bsdf(
309  
310          if (ldot > 0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
311                  /*
312 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
312 >                 *  Compute diffuse reflected component
313                   */
314                  copycolor(ctmp, np->rdiff);
315                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
# Line 318 | Line 318 | dir_bsdf(
318          }
319          if (ldot < 0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
320                  /*
321 <                 *  Compute added diffuse transmission.
321 >                 *  Compute diffuse transmission
322                   */
323                  copycolor(ctmp, np->tdiff);
324                  dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
# Line 328 | Line 328 | dir_bsdf(
328          if (ambRayInPmap(np->pr))
329                  return;         /* specular already in photon map */
330          /*
331 <         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF.
331 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
332           */
333          if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
334                  return;
# Line 355 | Line 355 | dir_brdf(
355          double          dtmp;
356          COLOR           ctmp, ctmp1, ctmp2;
357  
358 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
358 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
359  
360          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
361          
# Line 364 | Line 364 | dir_brdf(
364  
365          if (bright(np->rdiff) > FTINY) {
366                  /*
367 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
367 >                 *  Compute diffuse reflected component
368                   */
369                  copycolor(ctmp, np->rdiff);
370                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
# Line 374 | Line 374 | dir_brdf(
374          if (ambRayInPmap(np->pr))
375                  return;         /* specular already in photon map */
376          /*
377 <         *  Compute specular reflection coefficient using BSDF.
377 >         *  Compute specular reflection coefficient using BSDF
378           */
379          if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
380                  return;
# Line 397 | Line 397 | dir_btdf(
397          double          dtmp;
398          COLOR           ctmp;
399  
400 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
400 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
401  
402          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
403  
# Line 406 | Line 406 | dir_btdf(
406  
407          if (bright(np->tdiff) > FTINY) {
408                  /*
409 <                 *  Compute added diffuse transmission.
409 >                 *  Compute diffuse transmission
410                   */
411                  copycolor(ctmp, np->tdiff);
412                  dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
# Line 416 | Line 416 | dir_btdf(
416          if (ambRayInPmap(np->pr))
417                  return;         /* specular already in photon map */
418          /*
419 <         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF.
419 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
420           */
421          if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
422                  return;
# Line 429 | Line 429 | dir_btdf(
429  
430   /* Sample separate BSDF component */
431   static int
432 < sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usepat)
432 > sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit)
433   {
434 +        int     hasthru = (xmit && !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
435 +                                && bright(ndp->cthru) > FTINY);
436          int     nstarget = 1;
437 <        int     nsent;
437 >        int     nsent = 0;
438 >        int     n;
439          SDError ec;
440          SDValue bsv;
441          double  xrand;
442 <        FVECT   vsmp;
442 >        FVECT   vsmp, vinc;
443          RAY     sr;
444                                                  /* multiple samples? */
445          if (specjitter > 1.5) {
# Line 444 | Line 447 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usep
447                  nstarget += !nstarget;
448          }
449                                                  /* run through our samples */
450 <        for (nsent = 0; nsent < nstarget; nsent++) {
450 >        for (n = 0; n < nstarget; n++) {
451                  if (nstarget == 1) {            /* stratify random variable */
452                          xrand = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
453                          if (specjitter < 1.)
454                                  xrand = .5 + specjitter*(xrand-.5);
455                  } else {
456 <                        xrand = (nsent + frandom())/(double)nstarget;
456 >                        xrand = (n + frandom())/(double)nstarget;
457                  }
458                  SDerrorDetail[0] = '\0';        /* sample direction & coef. */
459                  bsdf_jitter(vsmp, ndp, ndp->sr_vpsa[0]);
460 +                VCOPY(vinc, vsmp);              /* to compare after */
461                  ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, xrand, dcp);
462                  if (ec)
463                          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
464                  if (bsv.cieY <= FTINY)          /* zero component? */
465                          break;
466 <                                                /* map vector to world */
466 >                if (hasthru) {                  /* check for view ray */
467 >                        double  dx = vinc[0] + vsmp[0];
468 >                        double  dy = vinc[1] + vsmp[1];
469 >                        if (dx*dx + dy*dy <= ndp->sr_vpsa[0]*ndp->sr_vpsa[0])
470 >                                continue;       /* exclude view sample */
471 >                }
472 >                                                /* map non-view sample->world */
473                  if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vsmp) != SDEnone)
474                          break;
475                                                  /* spawn a specular ray */
476                  if (nstarget > 1)
477                          bsv.cieY /= (double)nstarget;
478                  cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use sample color */
479 <                if (usepat)                     /* apply pattern? */
479 >                if (xmit)                       /* apply pattern on transmit */
480                          multcolor(sr.rcoef, ndp->pr->pcol);
481                  if (rayorigin(&sr, SPECULAR, ndp->pr, sr.rcoef) < 0) {
482                          if (maxdepth > 0)
483                                  break;
484                          continue;               /* Russian roulette victim */
485                  }
486 <                                                /* need to offset origin? */
477 <                if (ndp->thick != 0 && (ndp->pr->rod > 0) ^ (vsmp[2] > 0))
486 >                if (xmit && ndp->thick != 0)    /* need to offset origin? */
487                          VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, -ndp->thick);
488                  rayvalue(&sr);                  /* send & evaluate sample */
489                  multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
490                  addcolor(ndp->pr->rcol, sr.rcol);
491 +                ++nsent;
492          }
493          return(nsent);
494   }
# Line 487 | Line 497 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usep
497   static int
498   sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
499   {
500 +        int             hasthru = (sflags == SDsampSpT
501 +                                    && !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
502 +                                    && bright(ndp->cthru) > FTINY);
503          int             n, ntotal = 0;
504 +        double          b = 0;
505          SDSpectralDF    *dfp;
506          COLORV          *unsc;
507  
508          if (sflags == SDsampSpT) {
509 <                unsc = ndp->tdiff;
509 >                unsc = ndp->tunsamp;
510                  if (ndp->pr->rod > 0)
511                          dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
512                  else
513                          dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
514          } else /* sflags == SDsampSpR */ {
515 <                unsc = ndp->rdiff;
515 >                unsc = ndp->runsamp;
516                  if (ndp->pr->rod > 0)
517                          dfp = ndp->sd->rf;
518                  else
519                          dfp = ndp->sd->rb;
520          }
521 +        setcolor(unsc,  0, 0, 0);
522          if (dfp == NULL)                        /* no specular component? */
523                  return(0);
524 <                                                /* below sampling threshold? */
525 <        if (dfp->maxHemi <= specthresh+FTINY) {
526 <                if (dfp->maxHemi > FTINY) {     /* XXX no color from BSDF */
527 <                        FVECT   vjit;
528 <                        double  d;
529 <                        COLOR   ctmp;
530 <                        bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
531 <                        d = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd);
524 >
525 >        dimlist[ndims++] = (int)(size_t)ndp->mp;
526 >        if (hasthru) {                          /* separate view sample? */
527 >                RAY     tr;
528 >                if (rayorigin(&tr, TRANS, ndp->pr, ndp->cthru) == 0) {
529 >                        VCOPY(tr.rdir, ndp->pr->rdir);
530 >                        rayvalue(&tr);
531 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
532 >                        addcolor(ndp->pr->rcol, tr.rcol);
533 >                        ++ntotal;
534 >                        b = bright(ndp->cthru);
535 >                } else
536 >                        hasthru = 0;
537 >        }
538 >        ndims--;
539 >        if (dfp->maxHemi - b <= FTINY) {        /* how specular to sample? */
540 >                b = 0;
541 >        } else {
542 >                FVECT   vjit;
543 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
544 >                b = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd) - b;
545 >                if (b < 0) b = 0;
546 >        }
547 >        if (b <= specthresh+FTINY) {            /* below sampling threshold? */
548 >                if (b > FTINY) {                /* XXX no color from BSDF */
549                          if (sflags == SDsampSpT) {
550 <                                copycolor(ctmp, ndp->pr->pcol);
551 <                                scalecolor(ctmp, d);
550 >                                copycolor(unsc, ndp->pr->pcol);
551 >                                scalecolor(unsc, b);
552                          } else                  /* no pattern on reflection */
553 <                                setcolor(ctmp, d, d, d);
522 <                        addcolor(unsc, ctmp);
553 >                                setcolor(unsc, b, b, b);
554                  }
555 <                return(0);
555 >                return(ntotal);
556          }
557 <                                                /* else need to sample */
527 <        dimlist[ndims++] = (int)(size_t)ndp->mp;
528 <        ndims++;
557 >        ndims += 2;                             /* else sample specular */
558          for (n = dfp->ncomp; n--; ) {           /* loop over components */
559                  dimlist[ndims-1] = n + 9438;
560                  ntotal += sample_sdcomp(ndp, &dfp->comp[n], sflags==SDsampSpT);
# Line 556 | Line 585 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
585                                                  /* get thickness */
586          nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
587          if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
588 <                nd.thick = .0;
588 >                nd.thick = 0;
589                                                  /* check backface visibility */
590          if (!hitfront & !backvis) {
591                  raytrans(r);
# Line 663 | Line 692 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
692                                                  /* sample transmission */
693          sample_sdf(&nd, SDsampSpT);
694                                                  /* compute indirect diffuse */
695 <        if (bright(nd.rdiff) > FTINY) {         /* ambient from reflection */
695 >        copycolor(ctmp, nd.rdiff);
696 >        addcolor(ctmp, nd.runsamp);
697 >        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from reflection */
698                  if (!hitfront)
699                          flipsurface(r);
669 –                copycolor(ctmp, nd.rdiff);
700                  multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
701                  addcolor(r->rcol, ctmp);
702                  if (!hitfront)
703                          flipsurface(r);
704          }
705 <        if (bright(nd.tdiff) > FTINY) {         /* ambient from other side */
705 >        copycolor(ctmp, nd.tdiff);
706 >        addcolor(ctmp, nd.tunsamp);
707 >        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from other side */
708                  FVECT  bnorm;
709                  if (hitfront)
710                          flipsurface(r);
711                  bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
712                  bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
713                  bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
682 –                copycolor(ctmp, nd.tdiff);
714                  if (nd.thick != 0) {            /* proxy with offset? */
715                          VCOPY(vtmp, r->rop);
716                          VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, nd.thick);

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