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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.3 by greg, Sat Feb 19 01:48:59 2011 UTC vs.
Revision 2.64 by greg, Wed Aug 25 16:12:21 2021 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"
15   #include  "bsdf.h"
16   #include  "random.h"
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 thickness variable causes the strange but useful behavior
23 < *  of translating transmitted rays this distance past the surface
24 < *  intersection in the normal direction to bypass intervening geometry.
25 < *  This only affects scattered, non-source directed samples.  Thus,
26 < *  thickness is relevant only if there is a transmitted component.
27 < *  A positive thickness has the further side-effect that an unscattered
28 < *  (view) ray will pass right through our material if it has any
29 < *  non-diffuse transmission, making our BSDF invisible.  This allows the
30 < *  underlying geometry to become visible.  A matching surface should be
31 < *  placed on the other side, less than the thickness away, if the backside
32 < *  reflectance is non-zero.
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.
26 > *  A non-zero thickness has the further side-effect that an unscattered
27 > *  (view) ray will pass right through our material, making the BSDF
28 > *  surface invisible and showing the proxied geometry instead. Thickness
29 > *  has the further effect of turning off reflection on the reverse side so
30 > *  rays heading in the opposite direction pass unimpeded through the BSDF
31 > *  surface.  A paired surface may be placed on the opposide side of
32 > *  the detail geometry, less than this thickness away, if a two-way
33 > *  proxy is desired.  Note that the sign of the thickness is important.
34 > *  A positive thickness hides geometry behind the BSDF surface and uses
35 > *  front reflectance and transmission properties.  A negative thickness
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 > *      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
49   *  system for the BSDF.
50   *      We do not reorient the surface, so if the BSDF has no back-side
51 < *  reflectance and none is given in the real arguments, the surface will
52 < *  appear as black when viewed from behind (unless backvis is false).
53 < *  The diffuse compnent arguments are added to components in the BSDF file,
51 > *  reflectance and none is given in the real arguments, a BSDF surface
52 > *  with zero thickness will appear black when viewed from behind
53 > *  unless backface visibility is on, when it becomes invisible.
54 > *      The diffuse arguments are added to components in the BSDF file,
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
68 < *      0|3|9   rdf     gdf     bdf
68 > *      0|3|6|9 rdf     gdf     bdf
69   *              rdb     gdb     bdb
70   *              rdt     gdt     bdt
71   */
72  
73 + /*
74 + * Note that our reverse ray-tracing process means that the positions
75 + * of incoming and outgoing vectors may be reversed in our calls
76 + * to the BSDF library.  This is usually fine, since the bidirectional nature
77 + * of the BSDF (that's what the 'B' stands for) means it all works out.
78 + */
79 +
80   typedef struct {
81          OBJREC  *mp;            /* material pointer */
82          RAY     *pr;            /* intersected ray */
83          FVECT   pnorm;          /* perturbed surface normal */
84 <        FVECT   vinc;           /* local incident vector */
84 >        FVECT   vray;           /* local outgoing (return) vector */
85 >        double  sr_vpsa[2];     /* sqrt of BSDF projected solid angle extrema */
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 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 */
94 <        COLOR   rdiff;          /* added diffuse reflection */
94 >        COLOR   tdiff;          /* diffuse transmission */
95          COLOR   tunsamp;        /* BSDF hemispherical transmission */
62        COLOR   tdiff;          /* added diffuse transmission */
96   }  BSDFDAT;             /* BSDF material data */
97  
98   #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
99  
100 < /* Compute source contribution for BSDF */
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 < dirbsdf(
118 > compute_through(BSDFDAT *ndp)
119 > {
120 > #define NDIR2CHECK      29
121 >        static const float      dir2check[NDIR2CHECK][2] = {
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 > #define neighbors(i,j)  \
134 >        ((dir2check[i][0]-dir2check[j][0])*(dir2check[i][0]-dir2check[j][0]) + \
135 >        (dir2check[i][1]-dir2check[j][1])*(dir2check[i][1]-dir2check[j][1]) <= 0.73)
136 >        const double    peak_over = 1.5;
137 >        PEAKSAMP        psamp[NDIR2CHECK];
138 >        SDSpectralDF    *dfp;
139 >        FVECT           pdir;
140 >        double          tomega, srchrad;
141 >        double          tomsum, tomsurr;
142 >        COLOR           vpeak, vsurr;
143 >        double          vypeak;
144 >        int             i, j, ns;
145 >        SDError         ec;
146 >
147 >        if (ndp->pr->rod > 0)
148 >                dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
149 >        else
150 >                dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
151 >
152 >        if (dfp == NULL)
153 >                return;                         /* no specular transmission */
154 >        if (bright(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
155 >                return;                         /* pattern is black, here */
156 >        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else evaluate peak */
157 >        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
158 >                SDValue sv;
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(psamp[i].vcol, &sv);
167 >                psamp[i].vy = sv.cieY;
168 >        }
169 >        qsort(psamp, NDIR2CHECK, sizeof(PEAKSAMP), cmp_psamp);
170 >        if (psamp[0].vy <= FTINY)
171 >                return;                         /* zero area */
172 >        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
173 >        setcolor(vsurr, 0, 0, 0);
174 >        vypeak = tomsum = tomsurr = 0;          /* combine top unique values */
175 >        ns = 0;
176 >        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
177 >                for (j = i; j--; )              /* check for duplicate sample */
178 >                        if (psamp[j].vy == psamp[i].vy && neighbors(i,j))
179 >                                break;
180 >                if (j >= 0)
181 >                        continue;               /* skip duplicate */
182 >
183 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega, psamp[i].tdir, ndp->vray,
184 >                                                SDqueryMin, ndp->sd);
185 >                if (ec)
186 >                        goto baderror;
187 >                                                /* not really a peak? */
188 >                if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA ||
189 >                                        vypeak > 8.*psamp[i].vy*ns) {
190 >                        if (!i) return;         /* abort */
191 >                        scalecolor(psamp[i].vcol, tomega);
192 >                        addcolor(vsurr, psamp[i].vcol);
193 >                        tomsurr += tomega;
194 >                        continue;
195 >                }
196 >                scalecolor(psamp[i].vcol, tomega);
197 >                addcolor(vpeak, psamp[i].vcol);
198 >                tomsum += tomega;
199 >                vypeak += psamp[i].vy;
200 >                ++ns;
201 >        }
202 >        if (vypeak*tomsurr < peak_over*bright(vsurr)*ns)
203 >                return;                         /* peak not peaky enough */
204 >        if ((vypeak/ns - (ndp->vray[2] > 0 ? ndp->sd->tLambFront.cieY
205 >                        : ndp->sd->tLambBack.cieY)*(1./PI))*tomsum <= .001)
206 >                return;                         /* < 0.1% transmission */
207 >        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* already scaled by omega */
208 >        multcolor(ndp->cthru, ndp->pr->pcol);   /* modify by pattern */
209 >        if (tomsurr > FTINY) {                  /* surround contribution? */
210 >                scalecolor(vsurr, 1./tomsurr);  /* this one is avg. BTDF */
211 >                copycolor(ndp->cthru_surr, vsurr);
212 >                multcolor(ndp->cthru_surr, ndp->pr->pcol);
213 >        }
214 >        return;
215 > baderror:
216 >        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
217 > #undef neighbors
218 > #undef NDIR2CHECK
219 > }
220 >
221 > /* Jitter ray sample according to projected solid angle and specjitter */
222 > static void
223 > bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
224 > {
225 >        VCOPY(vres, ndp->vray);
226 >        if (specjitter < 1.)
227 >                sr_psa *= specjitter;
228 >        if (sr_psa <= FTINY)
229 >                return;
230 >        vres[0] += sr_psa*(.5 - frandom());
231 >        vres[1] += sr_psa*(.5 - frandom());
232 >        normalize(vres);
233 > }
234 >
235 > /* Get BSDF specular for direct component, returning true if OK to proceed */
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;
242 >        double  tomega, tomega2;
243 >        double  sf, tsr, sd[2];
244 >        COLOR   csmp, cdiff;
245 >        double  diffY;
246 >        SDValue sv;
247 >        SDError ec;
248 >        int     i;
249 >                                        /* in case we fail */
250 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
251 >                                        /* transform source direction */
252 >        if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
253 >                return(0);
254 >                                        /* will discount diffuse portion */
255 >        switch ((vsrc[2] > 0)<<1 | (ndp->vray[2] > 0)) {
256 >        case 3:
257 >                if (ndp->sd->rf == NULL)
258 >                        return(0);      /* all diffuse */
259 >                sv = ndp->sd->rLambFront;
260 >                break;
261 >        case 0:
262 >                if (ndp->sd->rb == NULL)
263 >                        return(0);      /* all diffuse */
264 >                sv = ndp->sd->rLambBack;
265 >                break;
266 >        case 1:
267 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
268 >                        return(0);      /* all diffuse */
269 >                sv = ndp->sd->tLambFront;
270 >                break;
271 >        case 2:
272 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
273 >                        return(0);      /* all diffuse */
274 >                sv = ndp->sd->tLambBack;
275 >                break;
276 >        }
277 >        if (sv.cieY > FTINY) {
278 >                diffY = sv.cieY *= 1./PI;
279 >                cvt_sdcolor(cdiff, &sv);
280 >        } else {
281 >                diffY = 0;
282 >                setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
283 >        }
284 >                                        /* need projected solid angle */
285 >        omega *= fabs(vsrc[2]);
286 >                                        /* check indirect over-counting */
287 >        if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && bright(ndp->cthru) > FTINY) {
288 >                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
289 >                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
290 >                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
291 >                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
292 >                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
293 >
294 >                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(omega + dfp->minProjSA +
295 >                                                2.*sqrt(omega*dfp->minProjSA))) {
296 >                        if (bright(ndp->cthru_surr) <= FTINY)
297 >                                return(0);
298 >                        copycolor(cval, ndp->cthru_surr);
299 >                        return(1);      /* return non-zero surround BTDF */
300 >                }
301 >        }
302 >        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
303 >        if (ec)
304 >                goto baderror;
305 >                                        /* assign number of samples */
306 >        sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
307 >        if (tomega <= 0)
308 >                nsamp = 1;
309 >        else if (25.*tomega <= omega)
310 >                nsamp = 100.*sf + .5;
311 >        else
312 >                nsamp = 4.*sf*omega/tomega + .5;
313 >        nsamp += !nsamp;
314 >        sf = sqrt(omega);               /* sample our source area */
315 >        tsr = sqrt(tomega);
316 >        for (i = nsamp; i--; ) {
317 >                VCOPY(vsmp, vsrc);      /* jitter query directions */
318 >                if (nsamp > 1) {
319 >                        multisamp(sd, 2, (i + frandom())/(double)nsamp);
320 >                        vsmp[0] += (sd[0] - .5)*sf;
321 >                        vsmp[1] += (sd[1] - .5)*sf;
322 >                        normalize(vsmp);
323 >                }
324 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
325 >                                        /* compute BSDF */
326 >                ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsmp, ndp->sd);
327 >                if (ec)
328 >                        goto baderror;
329 >                if (sv.cieY - diffY <= FTINY)
330 >                        continue;       /* no specular part */
331 >                                        /* check for variable resolution */
332 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega2, vjit, vsmp, SDqueryMin, ndp->sd);
333 >                if (ec)
334 >                        goto baderror;
335 >                if (tomega2 < .12*tomega)
336 >                        continue;       /* not safe to include */
337 >                cvt_sdcolor(csmp, &sv);
338 > #if 0
339 >                if (sf < 2.5*tsr) {     /* weight by BSDF for small sources */
340 >                        scalecolor(csmp, sv.cieY);
341 >                        wtot += sv.cieY;
342 >                } else
343 > #endif
344 >                wtot += 1.;
345 >                addcolor(cval, csmp);
346 >        }
347 >        if (wtot <= FTINY)              /* no valid specular samples? */
348 >                return(0);
349 >
350 >        sf = 1./wtot;                   /* weighted average BSDF */
351 >        scalecolor(cval, sf);
352 >                                        /* subtract diffuse contribution */
353 >        for (i = 3*(diffY > FTINY); i--; )
354 >                if ((colval(cval,i) -= colval(cdiff,i)) < 0)
355 >                        colval(cval,i) = 0;
356 >        return(1);
357 > baderror:
358 >        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
359 >        return(0);                      /* gratis return */
360 > }
361 >
362 > /* Compute source contribution for BSDF (reflected & transmitted) */
363 > static void
364 > dir_bsdf(
365          COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
366          void  *nnp,                     /* material data */
367          FVECT  ldir,                    /* light source direction */
# Line 74 | Line 369 | dirbsdf(
369   )
370   {
371          BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
77        SDError         ec;
78        SDValue         sv;
79        FVECT           vout;
372          double          ldot;
373          double          dtmp;
374          COLOR           ctmp;
375  
376 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
376 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
377  
378          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
379          if ((-FTINY <= ldot) & (ldot <= FTINY))
380                  return;
381  
382 <        if (ldot > .0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
382 >        if (ldot > 0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
383                  /*
384 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
384 >                 *  Compute diffuse reflected component
385                   */
386                  copycolor(ctmp, np->rdiff);
387                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
388                  scalecolor(ctmp, dtmp);
389                  addcolor(cval, ctmp);
390          }
391 <        if (ldot < .0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
391 >        if (ldot < 0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
392                  /*
393 <                 *  Compute added diffuse transmission.
393 >                 *  Compute diffuse transmission
394                   */
395                  copycolor(ctmp, np->tdiff);
396                  dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
397                  scalecolor(ctmp, dtmp);
398                  addcolor(cval, ctmp);
399          }
400 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
401 +                return;         /* specular already in photon map */
402          /*
403 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
403 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
404           */
405 <        if (SDmapDir(vout, np->toloc, ldir) != SDEnone)
405 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
406                  return;
407 <        ec = SDevalBSDF(&sv, vout, np->vinc, np->sd);
114 <        if (ec)
115 <                objerror(np->mp, USER, transSDError(ec));
116 <
117 <        if (sv.cieY <= FTINY)           /* not worth using? */
118 <                return;
119 <        cvt_sdcolor(ctmp, &sv);
120 <        if (ldot > .0) {                /* pattern only diffuse reflection */
121 <                COLOR   ctmp1, ctmp2;
122 <                dtmp = (np->pr->rod > .0) ? np->sd->rLambFront.cieY
123 <                                        : np->sd->rLambBack.cieY;
124 <                dtmp /= PI * sv.cieY;   /* diffuse fraction */
125 <                copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
126 <                scalecolor(ctmp2, dtmp);
127 <                setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
128 <                addcolor(ctmp1, ctmp2);
129 <                multcolor(ctmp, ctmp1); /* apply derated pattern */
130 <                dtmp = ldot * omega;
131 <        } else {                        /* full pattern on transmission */
407 >        if (ldot < 0) {         /* pattern for specular transmission */
408                  multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
409                  dtmp = -ldot * omega;
410 +        } else
411 +                dtmp = ldot * omega;
412 +        scalecolor(ctmp, dtmp);
413 +        addcolor(cval, ctmp);
414 + }
415 +
416 + /* Compute source contribution for BSDF (reflected only) */
417 + static void
418 + dir_brdf(
419 +        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
420 +        void  *nnp,                     /* material data */
421 +        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
422 +        double  omega                   /* light source size */
423 + )
424 + {
425 +        BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
426 +        double          ldot;
427 +        double          dtmp;
428 +        COLOR           ctmp, ctmp1, ctmp2;
429 +
430 +        setcolor(cval,  0, 0, 0);
431 +
432 +        ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
433 +        
434 +        if (ldot <= FTINY)
435 +                return;
436 +
437 +        if (bright(np->rdiff) > FTINY) {
438 +                /*
439 +                 *  Compute diffuse reflected component
440 +                 */
441 +                copycolor(ctmp, np->rdiff);
442 +                dtmp = ldot * omega * (1./PI);
443 +                scalecolor(ctmp, dtmp);
444 +                addcolor(cval, ctmp);
445          }
446 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
447 +                return;         /* specular already in photon map */
448 +        /*
449 +         *  Compute specular reflection coefficient using BSDF
450 +         */
451 +        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
452 +                return;
453 +        dtmp = ldot * omega;
454          scalecolor(ctmp, dtmp);
455          addcolor(cval, ctmp);
456   }
457  
458 + /* Compute source contribution for BSDF (transmitted only) */
459 + static void
460 + dir_btdf(
461 +        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
462 +        void  *nnp,                     /* material data */
463 +        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
464 +        double  omega                   /* light source size */
465 + )
466 + {
467 +        BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
468 +        double          ldot;
469 +        double          dtmp;
470 +        COLOR           ctmp;
471 +
472 +        setcolor(cval,  0, 0, 0);
473 +
474 +        ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
475 +
476 +        if (ldot >= -FTINY)
477 +                return;
478 +
479 +        if (bright(np->tdiff) > FTINY) {
480 +                /*
481 +                 *  Compute diffuse transmission
482 +                 */
483 +                copycolor(ctmp, np->tdiff);
484 +                dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
485 +                scalecolor(ctmp, dtmp);
486 +                addcolor(cval, ctmp);
487 +        }
488 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
489 +                return;         /* specular already in photon map */
490 +        /*
491 +         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
492 +         */
493 +        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
494 +                return;
495 +                                        /* full pattern on transmission */
496 +        multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
497 +        dtmp = -ldot * omega;
498 +        scalecolor(ctmp, dtmp);
499 +        addcolor(cval, ctmp);
500 + }
501 +
502   /* Sample separate BSDF component */
503   static int
504 < sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usepat)
504 > sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit)
505   {
506 <        int     nstarget = 1;
507 <        int     nsent = 0;
508 <        SDError ec;
509 <        SDValue bsv;
510 <        double  sthick;
511 <        FVECT   vout;
512 <        RAY     sr;
513 <        int     ntrials;
506 >        const int       hasthru = (xmit &&
507 >                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
508 >                                        && bright(ndp->cthru) > FTINY);
509 >        int             nstarget = 1;
510 >        int             nsent = 0;
511 >        int             n;
512 >        SDError         ec;
513 >        SDValue         bsv;
514 >        double          xrand;
515 >        FVECT           vsmp, vinc;
516 >        RAY             sr;
517                                                  /* multiple samples? */
518          if (specjitter > 1.5) {
519                  nstarget = specjitter*ndp->pr->rweight + .5;
520 <                if (nstarget < 1)
155 <                        nstarget = 1;
520 >                nstarget += !nstarget;
521          }
522 <                                                /* run through our trials */
523 <        for (ntrials = 0; nsent < nstarget && ntrials < 9*nstarget; ntrials++) {
524 <                SDerrorDetail[0] = '\0';
525 <                                                /* sample direction & coef. */
526 <                ec = SDsampComponent(&bsv, vout, ndp->vinc,
527 <                                ntrials ? frandom()
528 <                                        : urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx),
529 <                                                dcp);
522 >                                                /* run through our samples */
523 >        for (n = 0; n < nstarget; n++) {
524 >                if (nstarget == 1) {            /* stratify random variable */
525 >                        xrand = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
526 >                        if (specjitter < 1.)
527 >                                xrand = .5 + specjitter*(xrand-.5);
528 >                } else {
529 >                        xrand = (n + frandom())/(double)nstarget;
530 >                }
531 >                SDerrorDetail[0] = '\0';        /* sample direction & coef. */
532 >                bsdf_jitter(vsmp, ndp, ndp->sr_vpsa[0]);
533 >                VCOPY(vinc, vsmp);              /* to compare after */
534 >                ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, xrand, dcp);
535                  if (ec)
536                          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
537 <                                                /* zero component? */
168 <                if (bsv.cieY <= FTINY)
537 >                if (bsv.cieY <= FTINY)          /* zero component? */
538                          break;
539 <                                                /* map vector to world */
540 <                if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vout) != SDEnone)
539 >                if (hasthru) {                  /* check for view ray */
540 >                        double  dx = vinc[0] + vsmp[0];
541 >                        double  dy = vinc[1] + vsmp[1];
542 >                        if (dx*dx + dy*dy <= ndp->sr_vpsa[0]*ndp->sr_vpsa[0])
543 >                                continue;       /* exclude view sample */
544 >                }
545 >                                                /* map non-view sample->world */
546 >                if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vsmp) != SDEnone)
547                          break;
173                                                /* unintentional penetration? */
174                if (DOT(sr.rdir, ndp->pr->ron) > .0 ^ vout[2] > .0)
175                        continue;
548                                                  /* spawn a specular ray */
549                  if (nstarget > 1)
550                          bsv.cieY /= (double)nstarget;
551 <                cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use color */
552 <                if (usepat)                     /* pattern on transmission */
551 >                cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use sample color */
552 >                if (xmit)                       /* apply pattern on transmit */
553                          multcolor(sr.rcoef, ndp->pr->pcol);
554                  if (rayorigin(&sr, SPECULAR, ndp->pr, sr.rcoef) < 0) {
555 <                        if (maxdepth  > 0)
556 <                                break;
557 <                        ++nsent;                /* Russian roulette victim */
558 <                        continue;
555 >                        if (!n & (nstarget > 1)) {
556 >                                n = nstarget;   /* avoid infinitue loop */
557 >                                nstarget = nstarget*sr.rweight/minweight;
558 >                                if (n == nstarget) break;
559 >                                n = -1;         /* moved target */
560 >                        }
561 >                        continue;               /* try again */
562                  }
563 <                if (ndp->thick > FTINY) {       /* need to move origin? */
564 <                        sthick = (ndp->pr->rod > .0) ? -ndp->thick : ndp->thick;
190 <                        if (sthick < .0 ^ vout[2] > .0)
191 <                                VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, sthick);
192 <                }
563 >                if (xmit && ndp->thick != 0)    /* need to offset origin? */
564 >                        VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, -ndp->thick);
565                  rayvalue(&sr);                  /* send & evaluate sample */
566                  multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
567                  addcolor(ndp->pr->rcol, sr.rcol);
# Line 202 | Line 574 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usep
574   static int
575   sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
576   {
577 +        int             hasthru = (sflags == SDsampSpT &&
578 +                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
579 +                                        && bright(ndp->cthru) > FTINY);
580          int             n, ntotal = 0;
581 +        double          b = 0;
582          SDSpectralDF    *dfp;
583          COLORV          *unsc;
584  
585          if (sflags == SDsampSpT) {
586                  unsc = ndp->tunsamp;
587 <                dfp = ndp->sd->tf;
588 <                cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->tLamb);
587 >                if (ndp->pr->rod > 0)
588 >                        dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
589 >                else
590 >                        dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
591          } else /* sflags == SDsampSpR */ {
592                  unsc = ndp->runsamp;
593 <                if (ndp->pr->rod > .0) {
593 >                if (ndp->pr->rod > 0)
594                          dfp = ndp->sd->rf;
595 <                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambFront);
218 <                } else {
595 >                else
596                          dfp = ndp->sd->rb;
220                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambBack);
221                }
597          }
598 <        multcolor(unsc, ndp->pr->pcol);
598 >        setcolor(unsc,  0, 0, 0);
599          if (dfp == NULL)                        /* no specular component? */
600                  return(0);
601 <                                                /* below sampling threshold? */
602 <        if (dfp->maxHemi <= specthresh+FTINY) {
603 <                if (dfp->maxHemi > FTINY) {     /* XXX no color from BSDF */
604 <                        double  d = SDdirectHemi(ndp->vinc, sflags, ndp->sd);
605 <                        COLOR   ctmp;
601 >
602 >        if (hasthru) {                          /* separate view sample? */
603 >                RAY     tr;
604 >                if (rayorigin(&tr, TRANS, ndp->pr, ndp->cthru) == 0) {
605 >                        VCOPY(tr.rdir, ndp->pr->rdir);
606 >                        rayvalue(&tr);
607 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
608 >                        addcolor(ndp->pr->rcol, tr.rcol);
609 >                        ndp->pr->rxt = ndp->pr->rot + raydistance(&tr);
610 >                        ++ntotal;
611 >                        b = bright(ndp->cthru);
612 >                } else
613 >                        hasthru = 0;
614 >        }
615 >        if (dfp->maxHemi - b <= FTINY) {        /* have specular to sample? */
616 >                b = 0;
617 >        } else {
618 >                FVECT   vjit;
619 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
620 >                b = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd) - b;
621 >                if (b < 0) b = 0;
622 >        }
623 >        if (b <= specthresh+FTINY) {            /* below sampling threshold? */
624 >                if (b > FTINY) {                /* XXX no color from BSDF */
625                          if (sflags == SDsampSpT) {
626 <                                copycolor(ctmp, ndp->pr->pcol);
627 <                                scalecolor(ctmp, d);
626 >                                copycolor(unsc, ndp->pr->pcol);
627 >                                scalecolor(unsc, b);
628                          } else                  /* no pattern on reflection */
629 <                                setcolor(ctmp, d, d, d);
236 <                        addcolor(unsc, ctmp);
629 >                                setcolor(unsc, b, b, b);
630                  }
631 <                return(0);
631 >                return(ntotal);
632          }
633 <                                                /* else need to sample */
634 <        dimlist[ndims++] = (int)(size_t)ndp->mp;
242 <        ndims++;
633 >        dimlist[ndims] = (int)(size_t)ndp->mp;  /* else sample specular */
634 >        ndims += 2;
635          for (n = dfp->ncomp; n--; ) {           /* loop over components */
636                  dimlist[ndims-1] = n + 9438;
637                  ntotal += sample_sdcomp(ndp, &dfp->comp[n], sflags==SDsampSpT);
# Line 252 | Line 644 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
644   int
645   m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
646   {
647 +        int     hasthick = (m->otype == MAT_BSDF);
648 +        int     hitfront;
649          COLOR   ctmp;
650          SDError ec;
651 <        FVECT   upvec, outVec;
651 >        FVECT   upvec, vtmp;
652          MFUNC   *mf;
653          BSDFDAT nd;
654                                                  /* check arguments */
655 <        if ((m->oargs.nsargs < 6) | (m->oargs.nfargs > 9) |
655 >        if ((m->oargs.nsargs < hasthick+5) | (m->oargs.nfargs > 9) |
656                                  (m->oargs.nfargs % 3))
657                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
658 <
659 <                                                /* get BSDF data */
266 <        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[1]);
658 >                                                /* record surface struck */
659 >        hitfront = (r->rod > 0);
660                                                  /* load cal file */
661 <        mf = getfunc(m, 5, 0x1d, 1);
662 <                                                /* get thickness */
663 <        nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
664 <        if (nd.thick < .0)
665 <                nd.thick = .0;
666 <                                                /* check shadow */
667 <        if (r->crtype & SHADOW) {
668 <                if ((nd.thick > FTINY) & (nd.sd->tf != NULL))
276 <                        raytrans(r);            /* pass-through */
277 <                SDfreeCache(nd.sd);
278 <                return(1);                      /* else shadow */
661 >        mf = hasthick   ? getfunc(m, 5, 0x1d, 1)
662 >                        : getfunc(m, 4, 0xe, 1) ;
663 >        setfunc(m, r);
664 >        nd.thick = 0;                           /* set thickness */
665 >        if (hasthick) {
666 >                nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
667 >                if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
668 >                        nd.thick = 0;
669          }
670 <                                                /* check unscattered ray */
671 <        if (!(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) &&
672 <                        (nd.thick > FTINY) & (nd.sd->tf != NULL)) {
670 >                                                /* check backface visibility */
671 >        if (!hitfront & !backvis) {
672 >                raytrans(r);
673 >                return(1);
674 >        }
675 >                                                /* check other rays to pass */
676 >        if (nd.thick != 0 && (r->crtype & SHADOW ||
677 >                                !(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
678 >                                (nd.thick > 0) ^ hitfront)) {
679 >                raytrans(r);                    /* hide our proxy */
680 >                return(1);
681 >        }
682 >        if (hasthick && r->crtype & SHADOW)     /* early shadow check #1 */
683 >                return(1);
684 >        nd.mp = m;
685 >        nd.pr = r;
686 >                                                /* get BSDF data */
687 >        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[hasthick]);
688 >                                                /* early shadow check #2 */
689 >        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL)) {
690                  SDfreeCache(nd.sd);
284                raytrans(r);                    /* pass-through */
691                  return(1);
692          }
693 <                                                /* diffuse reflectance */
694 <        if (r->rod > .0) {
695 <                if (m->oargs.nfargs < 3)
696 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
697 <                else
292 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
693 >                                                /* diffuse components */
694 >        if (hitfront) {
695 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
696 >                if (m->oargs.nfargs >= 3) {
697 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[0],
698                                          m->oargs.farg[1],
699                                          m->oargs.farg[2]);
700 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
701 +                }
702 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambFront);
703          } else {
704 <                if (m->oargs.nfargs < 6) {      /* check invisible backside */
705 <                        if (!backvis && (nd.sd->rb == NULL) &
706 <                                                (nd.sd->tf == NULL)) {
299 <                                SDfreeCache(nd.sd);
300 <                                raytrans(r);
301 <                                return(1);
302 <                        }
303 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
304 <                } else
305 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
704 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambBack);
705 >                if (m->oargs.nfargs >= 6) {
706 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[3],
707                                          m->oargs.farg[4],
708                                          m->oargs.farg[5]);
709 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
710 +                }
711 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambBack);
712          }
713 <                                                /* diffuse transmittance */
714 <        if (m->oargs.nfargs < 9)
311 <                setcolor(nd.tdiff, .0, .0, .0);
312 <        else
313 <                setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
713 >        if (m->oargs.nfargs >= 9) {             /* add diffuse transmittance? */
714 >                setcolor(ctmp, m->oargs.farg[6],
715                                  m->oargs.farg[7],
716                                  m->oargs.farg[8]);
717 <        nd.mp = m;
718 <        nd.pr = r;
717 >                addcolor(nd.tdiff, ctmp);
718 >        }
719                                                  /* get modifiers */
720          raytexture(r, m->omod);
320        if (bright(r->pcol) <= FTINY) {         /* black pattern?! */
321                SDfreeCache(nd.sd);
322                return(1);
323        }
721                                                  /* modify diffuse values */
722          multcolor(nd.rdiff, r->pcol);
723          multcolor(nd.tdiff, r->pcol);
724                                                  /* get up vector */
725 <        upvec[0] = evalue(mf->ep[1]);
726 <        upvec[1] = evalue(mf->ep[2]);
727 <        upvec[2] = evalue(mf->ep[3]);
725 >        upvec[0] = evalue(mf->ep[hasthick+0]);
726 >        upvec[1] = evalue(mf->ep[hasthick+1]);
727 >        upvec[2] = evalue(mf->ep[hasthick+2]);
728                                                  /* return to world coords */
729 <        if (mf->f != &unitxf) {
730 <                multv3(upvec, upvec, mf->f->xfm);
731 <                nd.thick *= mf->f->sca;
729 >        if (mf->fxp != &unitxf) {
730 >                multv3(upvec, upvec, mf->fxp->xfm);
731 >                nd.thick *= mf->fxp->sca;
732          }
733 +        if (r->rox != NULL) {
734 +                multv3(upvec, upvec, r->rox->f.xfm);
735 +                nd.thick *= r->rox->f.sca;
736 +        }
737          raynormal(nd.pnorm, r);
738                                                  /* compute local BSDF xform */
739          ec = SDcompXform(nd.toloc, nd.pnorm, upvec);
740          if (!ec) {
741 <                nd.vinc[0] = -r->rdir[0];
742 <                nd.vinc[1] = -r->rdir[1];
743 <                nd.vinc[2] = -r->rdir[2];
744 <                ec = SDmapDir(nd.vinc, nd.toloc, nd.vinc);
741 >                nd.vray[0] = -r->rdir[0];
742 >                nd.vray[1] = -r->rdir[1];
743 >                nd.vray[2] = -r->rdir[2];
744 >                ec = SDmapDir(nd.vray, nd.toloc, nd.vray);
745          }
345        if (!ec)
346                ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
746          if (ec) {
747 <                objerror(m, WARNING, transSDError(ec));
747 >                objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
748                  SDfreeCache(nd.sd);
749                  return(1);
750          }
751 <        if (r->rod < .0) {                      /* perturb normal towards hit */
751 >        setcolor(nd.cthru, 0, 0, 0);            /* consider through component */
752 >        setcolor(nd.cthru_surr, 0, 0, 0);
753 >        if (m->otype == MAT_ABSDF) {
754 >                compute_through(&nd);
755 >                if (r->crtype & SHADOW) {
756 >                        RAY     tr;             /* attempt to pass shadow ray */
757 >                        SDfreeCache(nd.sd);
758 >                        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
759 >                                return(1);      /* no through component */
760 >                        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
761 >                        rayvalue(&tr);          /* transmit with scaling */
762 >                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
763 >                        copycolor(r->rcol, tr.rcol);
764 >                        return(1);              /* we're done */
765 >                }
766 >        }
767 >        ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
768 >        if (!ec)                                /* determine BSDF resolution */
769 >                ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL,
770 >                                        SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
771 >        if (ec)
772 >                objerror(m, USER, transSDError(ec));
773 >
774 >        nd.sr_vpsa[0] = sqrt(nd.sr_vpsa[0]);
775 >        nd.sr_vpsa[1] = sqrt(nd.sr_vpsa[1]);
776 >        if (!hitfront) {                        /* perturb normal towards hit */
777                  nd.pnorm[0] = -nd.pnorm[0];
778                  nd.pnorm[1] = -nd.pnorm[1];
779                  nd.pnorm[2] = -nd.pnorm[2];
# Line 361 | Line 785 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
785                                                  /* compute indirect diffuse */
786          copycolor(ctmp, nd.rdiff);
787          addcolor(ctmp, nd.runsamp);
788 <        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from this side */
789 <                if (r->rod < .0)
788 >        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from reflection */
789 >                if (!hitfront)
790                          flipsurface(r);
791                  multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
792                  addcolor(r->rcol, ctmp);
793 <                if (r->rod < .0)
793 >                if (!hitfront)
794                          flipsurface(r);
795          }
796          copycolor(ctmp, nd.tdiff);
797          addcolor(ctmp, nd.tunsamp);
798          if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from other side */
799                  FVECT  bnorm;
800 <                if (r->rod > .0)
800 >                if (hitfront)
801                          flipsurface(r);
802                  bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
803                  bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
804                  bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
805 <                multambient(ctmp, r, bnorm);
805 >                if (nd.thick != 0) {            /* proxy with offset? */
806 >                        VCOPY(vtmp, r->rop);
807 >                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, nd.thick);
808 >                        multambient(ctmp, r, bnorm);
809 >                        VCOPY(r->rop, vtmp);
810 >                } else
811 >                        multambient(ctmp, r, bnorm);
812                  addcolor(r->rcol, ctmp);
813 <                if (r->rod > .0)
813 >                if (hitfront)
814                          flipsurface(r);
815          }
816                                                  /* add direct component */
817 <        direct(r, dirbsdf, &nd);
817 >        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL) &
818 >                                        (nd.sd->tb == NULL)) {
819 >                direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection only */
820 >        } else if (nd.thick == 0) {
821 >                direct(r, dir_bsdf, &nd);       /* thin surface scattering */
822 >        } else {
823 >                direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection first */
824 >                VCOPY(vtmp, r->rop);            /* offset for transmitted */
825 >                VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, -nd.thick);
826 >                direct(r, dir_btdf, &nd);       /* separate transmission */
827 >                VCOPY(r->rop, vtmp);
828 >        }
829                                                  /* clean up */
830          SDfreeCache(nd.sd);
831          return(1);

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