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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.50 by greg, Mon Jun 25 20:49:10 2018 UTC vs.
Revision 2.65 by greg, Fri Aug 27 03:09:27 2021 UTC

# Line 17 | 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   *      For the MAT_BSDF type, a non-zero thickness causes the useful behavior
23   *  of translating transmitted rays this distance beneath the surface
# Line 36 | 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 < *      For the MAT_SBSDF type, we check for a strong "through" component.
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_SBSDF
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.
# Line 55 | 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_SBSDF are:
58 > *  Arguments for MAT_ABSDF are:
59   *      5+      BSDFfile        ux uy uz        funcfile        transform
60   *      0
61   *      0|3|6|9 rdf     gdf     bdf
# Line 86 | 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 for MAT_SBSDF */
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 */
# Line 96 | Line 97 | typedef struct {
97  
98   #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
99  
100 < /* Compute "through" component color for MAT_SBSDF */
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   compute_through(BSDFDAT *ndp)
119   {
120 < #define NDIR2CHECK      13
120 > #define NDIR2CHECK      29
121          static const float      dir2check[NDIR2CHECK][2] = {
122 <                                        {0, 0},
123 <                                        {-0.8, 0},
124 <                                        {0, 0.8},
125 <                                        {0, -0.8},
126 <                                        {0.8, 0},
127 <                                        {-0.8, 0.8},
128 <                                        {-0.8, -0.8},
129 <                                        {0.8, 0.8},
130 <                                        {0.8, -0.8},
131 <                                        {-1.6, 0},
115 <                                        {0, 1.6},
116 <                                        {0, -1.6},
117 <                                        {1.6, 0},
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 <        const double    peak_over = 1.5;
133 >        PEAKSAMP        psamp[NDIR2CHECK];
134          SDSpectralDF    *dfp;
135          FVECT           pdir;
136          double          tomega, srchrad;
137 <        COLOR           vpeak, vsum;
138 <        int             i;
137 >        double          tomsum, tomsurr;
138 >        COLOR           vpeak, vsurr;
139 >        double          vypeak;
140 >        int             i, ns;
141          SDError         ec;
142  
143          if (ndp->pr->rod > 0)
# Line 133 | Line 149 | compute_through(BSDFDAT *ndp)
149                  return;                         /* no specular transmission */
150          if (bright(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
151                  return;                         /* pattern is black, here */
152 <        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else search for peak */
137 <        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
138 <        setcolor(vsum, 0, 0, 0);
139 <        pdir[2] = 0.0;
152 >        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else evaluate peak */
153          for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
141 –                FVECT   tdir;
154                  SDValue sv;
155 <                COLOR   vcol;
156 <                tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
157 <                tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
158 <                tdir[2] = -ndp->vray[2];
159 <                normalize(tdir);
148 <                ec = SDevalBSDF(&sv, tdir, ndp->vray, ndp->sd);
155 >                psamp[i].tdir[0] = -ndp->vray[0] + dir2check[i][0]*srchrad;
156 >                psamp[i].tdir[1] = -ndp->vray[1] + dir2check[i][1]*srchrad;
157 >                psamp[i].tdir[2] = -ndp->vray[2];
158 >                normalize(psamp[i].tdir);
159 >                ec = SDevalBSDF(&sv, psamp[i].tdir, ndp->vray, ndp->sd);
160                  if (ec)
161                          goto baderror;
162 <                cvt_sdcolor(vcol, &sv);
163 <                addcolor(vsum, vcol);
164 <                if (sv.cieY > bright(vpeak)) {
165 <                        copycolor(vpeak, vcol);
166 <                        VCOPY(pdir, tdir);
162 >                cvt_sdcolor(psamp[i].vcol, &sv);
163 >                psamp[i].vy = sv.cieY;
164 >        }
165 >        qsort(psamp, NDIR2CHECK, sizeof(PEAKSAMP), cmp_psamp);
166 >        if (psamp[0].vy <= FTINY)
167 >                return;                         /* zero BTDF here */
168 >        setcolor(vpeak, 0, 0, 0);
169 >        setcolor(vsurr, 0, 0, 0);
170 >        vypeak = tomsum = tomsurr = 0;          /* combine top unique values */
171 >        ns = 0;
172 >        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
173 >                if (i && psamp[i].vy == psamp[i-1].vy)
174 >                        continue;               /* assume duplicate sample */
175 >
176 >                ec = SDsizeBSDF(&tomega, psamp[i].tdir, ndp->vray,
177 >                                                SDqueryMin, ndp->sd);
178 >                if (ec)
179 >                        goto baderror;
180 >
181 >                scalecolor(psamp[i].vcol, tomega);
182 >                                                /* not part of peak? */
183 >                if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA ||
184 >                                        vypeak > 8.*psamp[i].vy*ns) {
185 >                        if (!i) return;         /* abort */
186 >                        addcolor(vsurr, psamp[i].vcol);
187 >                        tomsurr += tomega;
188 >                        continue;
189                  }
190 +                addcolor(vpeak, psamp[i].vcol);
191 +                tomsum += tomega;
192 +                vypeak += psamp[i].vy;
193 +                ++ns;
194          }
195 <        if (pdir[2] == 0.0)
196 <                return;                         /* zero neighborhood */
197 <        ec = SDsizeBSDF(&tomega, pdir, ndp->vray, SDqueryMin, ndp->sd);
198 <        if (ec)
199 <                goto baderror;
200 <        if (tomega > 1.5*dfp->minProjSA)
164 <                return;                         /* not really a peak? */
165 <        tomega /= fabs(pdir[2]);                /* remove cosine factor */
166 <        if ((bright(vpeak) - ndp->sd->tLamb.cieY*(1./PI))*tomega <= .001)
167 <                return;                         /* < 0.1% transmission */
168 <        for (i = 3; i--; )                      /* remove peak from average */
169 <                colval(vsum,i) -= colval(vpeak,i);
170 <        if (peak_over*bright(vsum) >= (NDIR2CHECK-1)*bright(vpeak))
171 <                return;                         /* not peaky enough */
172 <        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* else use it */
173 <        scalecolor(ndp->cthru, tomega);
195 >        if (tomsurr <= FTINY)                   /* no surround implies no peak */
196 >                return;
197 >        if ((vypeak/ns - (ndp->vray[2] > 0 ? ndp->sd->tLambFront.cieY
198 >                        : ndp->sd->tLambBack.cieY)*(1./PI))*tomsum < .0005)
199 >                return;                         /* < 0.05% transmission */
200 >        copycolor(ndp->cthru, vpeak);           /* already scaled by omega */
201          multcolor(ndp->cthru, ndp->pr->pcol);   /* modify by pattern */
202 +        scalecolor(vsurr, 1./tomsurr);          /* surround is avg. BTDF */
203 +        copycolor(ndp->cthru_surr, vsurr);
204 +        multcolor(ndp->cthru_surr, ndp->pr->pcol);
205          return;
206   baderror:
207          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
# Line 223 | Line 253 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
253                          return(0);      /* all diffuse */
254                  sv = ndp->sd->rLambBack;
255                  break;
256 <        default:
256 >        case 1:
257                  if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
258                          return(0);      /* all diffuse */
259 <                sv = ndp->sd->tLamb;
259 >                sv = ndp->sd->tLambFront;
260                  break;
261 +        case 2:
262 +                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
263 +                        return(0);      /* all diffuse */
264 +                sv = ndp->sd->tLambBack;
265 +                break;
266          }
267          if (sv.cieY > FTINY) {
268                  diffY = sv.cieY *= 1./PI;
# Line 236 | Line 271 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
271                  diffY = 0;
272                  setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
273          }
274 <                                        /* need projected solid angles */
274 >                                        /* need projected solid angle */
275          omega *= fabs(vsrc[2]);
241 –        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
242 –        if (ec)
243 –                goto baderror;
276                                          /* check indirect over-counting */
277          if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && bright(ndp->cthru) > FTINY) {
278 <                double  dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
279 <                double  dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
280 <                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(omega + tomega +
281 <                                                2.*sqrt(omega*tomega)))
282 <                        return(0);
278 >                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
279 >                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
280 >                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
281 >                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
282 >                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
283 >
284 >                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(omega + dfp->minProjSA +
285 >                                                2.*sqrt(omega*dfp->minProjSA))) {
286 >                        if (bright(ndp->cthru_surr) <= FTINY)
287 >                                return(0);
288 >                        copycolor(cval, ndp->cthru_surr);
289 >                        return(1);      /* return non-zero surround BTDF */
290 >                }
291          }
292 +        ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
293 +        if (ec)
294 +                goto baderror;
295                                          /* assign number of samples */
296          sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
297          if (tomega <= 0)
# Line 282 | Line 325 | direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omeg
325                  if (tomega2 < .12*tomega)
326                          continue;       /* not safe to include */
327                  cvt_sdcolor(csmp, &sv);
328 <
329 <                if (sf < 2.5*tsr) {     /* weight by Y for small sources */
328 > #if 0
329 >                if (sf < 2.5*tsr) {     /* weight by BSDF for small sources */
330                          scalecolor(csmp, sv.cieY);
331                          wtot += sv.cieY;
332                  } else
333 <                        wtot += 1.;
333 > #endif
334 >                wtot += 1.;
335                  addcolor(cval, csmp);
336          }
337          if (wtot <= FTINY)              /* no valid specular samples? */
# Line 552 | Line 596 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
596                          rayvalue(&tr);
597                          multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
598                          addcolor(ndp->pr->rcol, tr.rcol);
599 +                        ndp->pr->rxt = ndp->pr->rot + raydistance(&tr);
600                          ++ntotal;
601                          b = bright(ndp->cthru);
602                  } else
# Line 624 | Line 669 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
669                  raytrans(r);                    /* hide our proxy */
670                  return(1);
671          }
672 +        if (hasthick && r->crtype & SHADOW)     /* early shadow check #1 */
673 +                return(1);
674          nd.mp = m;
675          nd.pr = r;
676                                                  /* get BSDF data */
677          nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[hasthick]);
678 <                                                /* early shadow check */
679 <        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL))
678 >                                                /* early shadow check #2 */
679 >        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL)) {
680 >                SDfreeCache(nd.sd);
681                  return(1);
682 <                                                /* diffuse reflectance */
682 >        }
683 >                                                /* diffuse components */
684          if (hitfront) {
685                  cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
686                  if (m->oargs.nfargs >= 3) {
# Line 640 | Line 689 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
689                                          m->oargs.farg[2]);
690                          addcolor(nd.rdiff, ctmp);
691                  }
692 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambFront);
693          } else {
694                  cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambBack);
695                  if (m->oargs.nfargs >= 6) {
# Line 648 | Line 698 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
698                                          m->oargs.farg[5]);
699                          addcolor(nd.rdiff, ctmp);
700                  }
701 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambBack);
702          }
703 <                                                /* diffuse transmittance */
653 <        cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLamb);
654 <        if (m->oargs.nfargs >= 9) {
703 >        if (m->oargs.nfargs >= 9) {             /* add diffuse transmittance? */
704                  setcolor(ctmp, m->oargs.farg[6],
705                                  m->oargs.farg[7],
706                                  m->oargs.farg[8]);
# Line 686 | Line 735 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
735          }
736          if (ec) {
737                  objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
738 +                SDfreeCache(nd.sd);
739                  return(1);
740          }
741          setcolor(nd.cthru, 0, 0, 0);            /* consider through component */
742 <        if (m->otype == MAT_SBSDF) {
742 >        setcolor(nd.cthru_surr, 0, 0, 0);
743 >        if (m->otype == MAT_ABSDF) {
744                  compute_through(&nd);
745                  if (r->crtype & SHADOW) {
746                          RAY     tr;             /* attempt to pass shadow ray */
747 +                        SDfreeCache(nd.sd);
748                          if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
749                                  return(1);      /* no through component */
750                          VCOPY(tr.rdir, r->rdir);

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> Changed lines