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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.6 by greg, Sun Feb 20 17:43:43 2011 UTC vs.
Revision 2.65 by greg, Fri Aug 27 03:09:27 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.
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.
26   *  A non-zero thickness has the further side-effect that an unscattered
27 < *  (view) ray will pass right through our material if it has any
28 < *  non-diffuse transmission, making the BSDF surface invisible.  This
29 < *  shows the proxied geometry instead. Thickness has the further
30 < *  effect of turning off reflection on the hidden side so that rays
29 < *  heading in the opposite direction pass unimpeded through the BSDF
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.
# 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 + *      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 42 | Line 50 | static const char RCSid[] = "$Id$";
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, a BSDF surface
52   *  with zero thickness will appear black when viewed from behind
53 < *  unless backface visibility is off.
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   */
# Line 58 | Line 73 | static const char RCSid[] = "$Id$";
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 fine, since the bidirectional nature
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  
# Line 67 | Line 82 | typedef struct {
82          RAY     *pr;            /* intersected ray */
83          FVECT   pnorm;          /* perturbed surface normal */
84          FVECT   vray;           /* local outgoing (return) vector */
85 <        double  sr_vpsa;        /* sqrt of BSDF projected solid angle */
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 */
78 –        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 < /* Jitter ray sample according to projected solid angle and specjitter */
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 < bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp)
118 > compute_through(BSDFDAT *ndp)
119   {
120 <        double  sr_psa = ndp->sr_vpsa;
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 >        PEAKSAMP        psamp[NDIR2CHECK];
134 >        SDSpectralDF    *dfp;
135 >        FVECT           pdir;
136 >        double          tomega, srchrad;
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)
144 +                dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
145 +        else
146 +                dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
147 +
148 +        if (dfp == NULL)
149 +                return;                         /* no specular transmission */
150 +        if (bright(ndp->pr->pcol) <= FTINY)
151 +                return;                         /* pattern is black, here */
152 +        srchrad = sqrt(dfp->minProjSA);         /* else evaluate peak */
153 +        for (i = 0; i < NDIR2CHECK; i++) {
154 +                SDValue sv;
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(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 (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));
208 + #undef NDIR2CHECK
209 + }
210 +
211 + /* Jitter ray sample according to projected solid angle and specjitter */
212 + static void
213 + bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
214 + {
215          VCOPY(vres, ndp->vray);
216          if (specjitter < 1.)
217                  sr_psa *= specjitter;
# Line 96 | Line 222 | bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp)
222          normalize(vres);
223   }
224  
225 + /* Get BSDF specular for direct component, returning true if OK to proceed */
226 + static int
227 + direct_specular_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
228 + {
229 +        int     nsamp;
230 +        double  wtot = 0;
231 +        FVECT   vsrc, vsmp, vjit;
232 +        double  tomega, tomega2;
233 +        double  sf, tsr, sd[2];
234 +        COLOR   csmp, cdiff;
235 +        double  diffY;
236 +        SDValue sv;
237 +        SDError ec;
238 +        int     i;
239 +                                        /* in case we fail */
240 +        setcolor(cval,  0, 0, 0);
241 +                                        /* transform source direction */
242 +        if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
243 +                return(0);
244 +                                        /* will discount diffuse portion */
245 +        switch ((vsrc[2] > 0)<<1 | (ndp->vray[2] > 0)) {
246 +        case 3:
247 +                if (ndp->sd->rf == NULL)
248 +                        return(0);      /* all diffuse */
249 +                sv = ndp->sd->rLambFront;
250 +                break;
251 +        case 0:
252 +                if (ndp->sd->rb == NULL)
253 +                        return(0);      /* all diffuse */
254 +                sv = ndp->sd->rLambBack;
255 +                break;
256 +        case 1:
257 +                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
258 +                        return(0);      /* all diffuse */
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;
269 +                cvt_sdcolor(cdiff, &sv);
270 +        } else {
271 +                diffY = 0;
272 +                setcolor(cdiff,  0, 0, 0);
273 +        }
274 +                                        /* need projected solid angle */
275 +        omega *= fabs(vsrc[2]);
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 +                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)
298 +                nsamp = 1;
299 +        else if (25.*tomega <= omega)
300 +                nsamp = 100.*sf + .5;
301 +        else
302 +                nsamp = 4.*sf*omega/tomega + .5;
303 +        nsamp += !nsamp;
304 +        sf = sqrt(omega);               /* sample our source area */
305 +        tsr = sqrt(tomega);
306 +        for (i = nsamp; i--; ) {
307 +                VCOPY(vsmp, vsrc);      /* jitter query directions */
308 +                if (nsamp > 1) {
309 +                        multisamp(sd, 2, (i + frandom())/(double)nsamp);
310 +                        vsmp[0] += (sd[0] - .5)*sf;
311 +                        vsmp[1] += (sd[1] - .5)*sf;
312 +                        normalize(vsmp);
313 +                }
314 +                bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
315 +                                        /* compute BSDF */
316 +                ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsmp, ndp->sd);
317 +                if (ec)
318 +                        goto baderror;
319 +                if (sv.cieY - diffY <= FTINY)
320 +                        continue;       /* no specular part */
321 +                                        /* check for variable resolution */
322 +                ec = SDsizeBSDF(&tomega2, vjit, vsmp, SDqueryMin, ndp->sd);
323 +                if (ec)
324 +                        goto baderror;
325 +                if (tomega2 < .12*tomega)
326 +                        continue;       /* not safe to include */
327 +                cvt_sdcolor(csmp, &sv);
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 + #endif
334 +                wtot += 1.;
335 +                addcolor(cval, csmp);
336 +        }
337 +        if (wtot <= FTINY)              /* no valid specular samples? */
338 +                return(0);
339 +
340 +        sf = 1./wtot;                   /* weighted average BSDF */
341 +        scalecolor(cval, sf);
342 +                                        /* subtract diffuse contribution */
343 +        for (i = 3*(diffY > FTINY); i--; )
344 +                if ((colval(cval,i) -= colval(cdiff,i)) < 0)
345 +                        colval(cval,i) = 0;
346 +        return(1);
347 + baderror:
348 +        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
349 +        return(0);                      /* gratis return */
350 + }
351 +
352   /* Compute source contribution for BSDF (reflected & transmitted) */
353   static void
354   dir_bsdf(
# Line 106 | Line 359 | dir_bsdf(
359   )
360   {
361          BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
109 –        SDError         ec;
110 –        SDValue         sv;
111 –        FVECT           vsrc;
112 –        FVECT           vjit;
362          double          ldot;
363          double          dtmp;
364          COLOR           ctmp;
365  
366 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
366 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
367  
368          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
369          if ((-FTINY <= ldot) & (ldot <= FTINY))
370                  return;
371  
372 <        if (ldot > .0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
372 >        if (ldot > 0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
373                  /*
374 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
374 >                 *  Compute diffuse reflected component
375                   */
376                  copycolor(ctmp, np->rdiff);
377                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
378                  scalecolor(ctmp, dtmp);
379                  addcolor(cval, ctmp);
380          }
381 <        if (ldot < .0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
381 >        if (ldot < 0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
382                  /*
383 <                 *  Compute added diffuse transmission.
383 >                 *  Compute diffuse transmission
384                   */
385                  copycolor(ctmp, np->tdiff);
386                  dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
387                  scalecolor(ctmp, dtmp);
388                  addcolor(cval, ctmp);
389          }
390 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
391 +                return;         /* specular already in photon map */
392          /*
393 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
393 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
394           */
395 <        if (SDmapDir(vsrc, np->toloc, ldir) != SDEnone)
395 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
396                  return;
397 <        bsdf_jitter(vjit, np);
147 <        ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsrc, np->sd);
148 <        if (ec)
149 <                objerror(np->mp, USER, transSDError(ec));
150 <
151 <        if (sv.cieY <= FTINY)           /* not worth using? */
152 <                return;
153 <        cvt_sdcolor(ctmp, &sv);
154 <        if (ldot > .0) {                /* pattern only diffuse reflection */
155 <                COLOR   ctmp1, ctmp2;
156 <                dtmp = (np->pr->rod > .0) ? np->sd->rLambFront.cieY
157 <                                        : np->sd->rLambBack.cieY;
158 <                dtmp /= PI * sv.cieY;   /* diffuse fraction */
159 <                copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
160 <                scalecolor(ctmp2, dtmp);
161 <                setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
162 <                addcolor(ctmp1, ctmp2);
163 <                multcolor(ctmp, ctmp1); /* apply derated pattern */
164 <                dtmp = ldot * omega;
165 <        } else {                        /* full pattern on transmission */
397 >        if (ldot < 0) {         /* pattern for specular transmission */
398                  multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
399                  dtmp = -ldot * omega;
400 <        }
400 >        } else
401 >                dtmp = ldot * omega;
402          scalecolor(ctmp, dtmp);
403          addcolor(cval, ctmp);
404   }
# Line 180 | Line 413 | dir_brdf(
413   )
414   {
415          BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
183 –        SDError         ec;
184 –        SDValue         sv;
185 –        FVECT           vsrc;
186 –        FVECT           vjit;
416          double          ldot;
417          double          dtmp;
418          COLOR           ctmp, ctmp1, ctmp2;
419  
420 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
420 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
421  
422          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
423          
# Line 197 | Line 426 | dir_brdf(
426  
427          if (bright(np->rdiff) > FTINY) {
428                  /*
429 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
429 >                 *  Compute diffuse reflected component
430                   */
431                  copycolor(ctmp, np->rdiff);
432                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
433                  scalecolor(ctmp, dtmp);
434                  addcolor(cval, ctmp);
435          }
436 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
437 +                return;         /* specular already in photon map */
438          /*
439 <         *  Compute reflection coefficient using BSDF.
439 >         *  Compute specular reflection coefficient using BSDF
440           */
441 <        if (SDmapDir(vsrc, np->toloc, ldir) != SDEnone)
441 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
442                  return;
212 –        bsdf_jitter(vjit, np);
213 –        ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsrc, np->sd);
214 –        if (ec)
215 –                objerror(np->mp, USER, transSDError(ec));
216 –
217 –        if (sv.cieY <= FTINY)           /* not worth using? */
218 –                return;
219 –        cvt_sdcolor(ctmp, &sv);
220 –                                        /* pattern only diffuse reflection */
221 –        dtmp = (np->pr->rod > .0) ? np->sd->rLambFront.cieY
222 –                                : np->sd->rLambBack.cieY;
223 –        dtmp /= PI * sv.cieY;           /* diffuse fraction */
224 –        copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
225 –        scalecolor(ctmp2, dtmp);
226 –        setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
227 –        addcolor(ctmp1, ctmp2);
228 –        multcolor(ctmp, ctmp1);         /* apply derated pattern */
443          dtmp = ldot * omega;
444          scalecolor(ctmp, dtmp);
445          addcolor(cval, ctmp);
# Line 241 | Line 455 | dir_btdf(
455   )
456   {
457          BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
244 –        SDError         ec;
245 –        SDValue         sv;
246 –        FVECT           vsrc;
247 –        FVECT           vjit;
458          double          ldot;
459          double          dtmp;
460          COLOR           ctmp;
461  
462 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
462 >        setcolor(cval,  0, 0, 0);
463  
464          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
465  
# Line 258 | Line 468 | dir_btdf(
468  
469          if (bright(np->tdiff) > FTINY) {
470                  /*
471 <                 *  Compute added diffuse transmission.
471 >                 *  Compute diffuse transmission
472                   */
473                  copycolor(ctmp, np->tdiff);
474                  dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
475                  scalecolor(ctmp, dtmp);
476                  addcolor(cval, ctmp);
477          }
478 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
479 +                return;         /* specular already in photon map */
480          /*
481 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
481 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
482           */
483 <        if (SDmapDir(vsrc, np->toloc, ldir) != SDEnone)
483 >        if (!direct_specular_OK(ctmp, ldir, omega, np))
484                  return;
273 –        bsdf_jitter(vjit, np);
274 –        ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsrc, np->sd);
275 –        if (ec)
276 –                objerror(np->mp, USER, transSDError(ec));
277 –
278 –        if (sv.cieY <= FTINY)           /* not worth using? */
279 –                return;
280 –        cvt_sdcolor(ctmp, &sv);
485                                          /* full pattern on transmission */
486          multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
487          dtmp = -ldot * omega;
# Line 287 | Line 491 | dir_btdf(
491  
492   /* Sample separate BSDF component */
493   static int
494 < sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usepat)
494 > sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit)
495   {
496 <        int     nstarget = 1;
497 <        int     nsent = 0;
498 <        SDError ec;
499 <        SDValue bsv;
500 <        double  sthick;
501 <        FVECT   vjit, vsmp;
502 <        RAY     sr;
503 <        int     ntrials;
496 >        const int       hasthru = (xmit &&
497 >                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
498 >                                        && bright(ndp->cthru) > FTINY);
499 >        int             nstarget = 1;
500 >        int             nsent = 0;
501 >        int             n;
502 >        SDError         ec;
503 >        SDValue         bsv;
504 >        double          xrand;
505 >        FVECT           vsmp, vinc;
506 >        RAY             sr;
507                                                  /* multiple samples? */
508          if (specjitter > 1.5) {
509                  nstarget = specjitter*ndp->pr->rweight + .5;
510 <                if (nstarget < 1)
304 <                        nstarget = 1;
510 >                nstarget += !nstarget;
511          }
512 <                                                /* run through our trials */
513 <        for (ntrials = 0; nsent < nstarget && ntrials < 9*nstarget; ntrials++) {
514 <                SDerrorDetail[0] = '\0';
515 <                                                /* sample direction & coef. */
516 <                bsdf_jitter(vjit, ndp);
517 <                ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, vjit, ntrials ? frandom()
518 <                                : urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx), dcp);
512 >                                                /* run through our samples */
513 >        for (n = 0; n < nstarget; n++) {
514 >                if (nstarget == 1) {            /* stratify random variable */
515 >                        xrand = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
516 >                        if (specjitter < 1.)
517 >                                xrand = .5 + specjitter*(xrand-.5);
518 >                } else {
519 >                        xrand = (n + frandom())/(double)nstarget;
520 >                }
521 >                SDerrorDetail[0] = '\0';        /* sample direction & coef. */
522 >                bsdf_jitter(vsmp, ndp, ndp->sr_vpsa[0]);
523 >                VCOPY(vinc, vsmp);              /* to compare after */
524 >                ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, xrand, dcp);
525                  if (ec)
526                          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
527 <                                                /* zero component? */
316 <                if (bsv.cieY <= FTINY)
527 >                if (bsv.cieY <= FTINY)          /* zero component? */
528                          break;
529 <                                                /* map vector to world */
529 >                if (hasthru) {                  /* check for view ray */
530 >                        double  dx = vinc[0] + vsmp[0];
531 >                        double  dy = vinc[1] + vsmp[1];
532 >                        if (dx*dx + dy*dy <= ndp->sr_vpsa[0]*ndp->sr_vpsa[0])
533 >                                continue;       /* exclude view sample */
534 >                }
535 >                                                /* map non-view sample->world */
536                  if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vsmp) != SDEnone)
537                          break;
321 –                                                /* unintentional penetration? */
322 –                if (DOT(sr.rdir, ndp->pr->ron) > .0 ^ vsmp[2] > .0)
323 –                        continue;
538                                                  /* spawn a specular ray */
539                  if (nstarget > 1)
540                          bsv.cieY /= (double)nstarget;
541 <                cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use color */
542 <                if (usepat)                     /* pattern on transmission */
541 >                cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use sample color */
542 >                if (xmit)                       /* apply pattern on transmit */
543                          multcolor(sr.rcoef, ndp->pr->pcol);
544                  if (rayorigin(&sr, SPECULAR, ndp->pr, sr.rcoef) < 0) {
545 <                        if (maxdepth  > 0)
546 <                                break;
547 <                        ++nsent;                /* Russian roulette victim */
548 <                        continue;
545 >                        if (!n & (nstarget > 1)) {
546 >                                n = nstarget;   /* avoid infinitue loop */
547 >                                nstarget = nstarget*sr.rweight/minweight;
548 >                                if (n == nstarget) break;
549 >                                n = -1;         /* moved target */
550 >                        }
551 >                        continue;               /* try again */
552                  }
553 <                                                /* need to offset origin? */
337 <                if (ndp->thick != .0 && ndp->pr->rod > .0 ^ vsmp[2] > .0)
553 >                if (xmit && ndp->thick != 0)    /* need to offset origin? */
554                          VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, -ndp->thick);
555                  rayvalue(&sr);                  /* send & evaluate sample */
556                  multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
# Line 348 | Line 564 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usep
564   static int
565   sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
566   {
567 +        int             hasthru = (sflags == SDsampSpT &&
568 +                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
569 +                                        && bright(ndp->cthru) > FTINY);
570          int             n, ntotal = 0;
571 +        double          b = 0;
572          SDSpectralDF    *dfp;
573          COLORV          *unsc;
574  
575          if (sflags == SDsampSpT) {
576                  unsc = ndp->tunsamp;
577 <                dfp = ndp->sd->tf;
578 <                cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->tLamb);
577 >                if (ndp->pr->rod > 0)
578 >                        dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
579 >                else
580 >                        dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
581          } else /* sflags == SDsampSpR */ {
582                  unsc = ndp->runsamp;
583 <                if (ndp->pr->rod > .0) {
583 >                if (ndp->pr->rod > 0)
584                          dfp = ndp->sd->rf;
585 <                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambFront);
364 <                } else {
585 >                else
586                          dfp = ndp->sd->rb;
366 –                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambBack);
367 –                }
587          }
588 <        multcolor(unsc, ndp->pr->pcol);
588 >        setcolor(unsc,  0, 0, 0);
589          if (dfp == NULL)                        /* no specular component? */
590                  return(0);
591 <                                                /* below sampling threshold? */
592 <        if (dfp->maxHemi <= specthresh+FTINY) {
593 <                if (dfp->maxHemi > FTINY) {     /* XXX no color from BSDF */
594 <                        FVECT   vjit;
595 <                        double  d;
596 <                        COLOR   ctmp;
597 <                        bsdf_jitter(vjit, ndp);
598 <                        d = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd);
591 >
592 >        if (hasthru) {                          /* separate view sample? */
593 >                RAY     tr;
594 >                if (rayorigin(&tr, TRANS, ndp->pr, ndp->cthru) == 0) {
595 >                        VCOPY(tr.rdir, ndp->pr->rdir);
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
603 >                        hasthru = 0;
604 >        }
605 >        if (dfp->maxHemi - b <= FTINY) {        /* have specular to sample? */
606 >                b = 0;
607 >        } else {
608 >                FVECT   vjit;
609 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
610 >                b = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd) - b;
611 >                if (b < 0) b = 0;
612 >        }
613 >        if (b <= specthresh+FTINY) {            /* below sampling threshold? */
614 >                if (b > FTINY) {                /* XXX no color from BSDF */
615                          if (sflags == SDsampSpT) {
616 <                                copycolor(ctmp, ndp->pr->pcol);
617 <                                scalecolor(ctmp, d);
616 >                                copycolor(unsc, ndp->pr->pcol);
617 >                                scalecolor(unsc, b);
618                          } else                  /* no pattern on reflection */
619 <                                setcolor(ctmp, d, d, d);
385 <                        addcolor(unsc, ctmp);
619 >                                setcolor(unsc, b, b, b);
620                  }
621 <                return(0);
621 >                return(ntotal);
622          }
623 <                                                /* else need to sample */
624 <        dimlist[ndims++] = (int)(size_t)ndp->mp;
391 <        ndims++;
623 >        dimlist[ndims] = (int)(size_t)ndp->mp;  /* else sample specular */
624 >        ndims += 2;
625          for (n = dfp->ncomp; n--; ) {           /* loop over components */
626                  dimlist[ndims-1] = n + 9438;
627                  ntotal += sample_sdcomp(ndp, &dfp->comp[n], sflags==SDsampSpT);
# Line 401 | Line 634 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
634   int
635   m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
636   {
637 +        int     hasthick = (m->otype == MAT_BSDF);
638          int     hitfront;
639          COLOR   ctmp;
640          SDError ec;
# Line 408 | Line 642 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
642          MFUNC   *mf;
643          BSDFDAT nd;
644                                                  /* check arguments */
645 <        if ((m->oargs.nsargs < 6) | (m->oargs.nfargs > 9) |
645 >        if ((m->oargs.nsargs < hasthick+5) | (m->oargs.nfargs > 9) |
646                                  (m->oargs.nfargs % 3))
647                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
648                                                  /* record surface struck */
649 <        hitfront = (r->rod > .0);
649 >        hitfront = (r->rod > 0);
650                                                  /* load cal file */
651 <        mf = getfunc(m, 5, 0x1d, 1);
652 <                                                /* get thickness */
653 <        nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
654 <        if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
655 <                nd.thick = .0;
656 <                                                /* check shadow */
657 <        if (r->crtype & SHADOW) {
658 <                if (nd.thick != .0)
425 <                        raytrans(r);            /* pass-through */
426 <                return(1);                      /* or shadow */
651 >        mf = hasthick   ? getfunc(m, 5, 0x1d, 1)
652 >                        : getfunc(m, 4, 0xe, 1) ;
653 >        setfunc(m, r);
654 >        nd.thick = 0;                           /* set thickness */
655 >        if (hasthick) {
656 >                nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
657 >                if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
658 >                        nd.thick = 0;
659          }
660 +                                                /* check backface visibility */
661 +        if (!hitfront & !backvis) {
662 +                raytrans(r);
663 +                return(1);
664 +        }
665                                                  /* check other rays to pass */
666 <        if (nd.thick != 0 && (!(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
667 <                                nd.thick > .0 ^ hitfront)) {
666 >        if (nd.thick != 0 && (r->crtype & SHADOW ||
667 >                                !(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
668 >                                (nd.thick > 0) ^ hitfront)) {
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[1]);
678 <                                                /* diffuse reflectance */
677 >        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[hasthick]);
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 >        }
683 >                                                /* diffuse components */
684          if (hitfront) {
685 <                if (m->oargs.nfargs < 3)
686 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
687 <                else
441 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
685 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
686 >                if (m->oargs.nfargs >= 3) {
687 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[0],
688                                          m->oargs.farg[1],
689                                          m->oargs.farg[2]);
690 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
691 +                }
692 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambFront);
693          } else {
694 <                if (m->oargs.nfargs < 6) {      /* check invisible backside */
695 <                        if (!backvis && (nd.sd->rb == NULL) &
696 <                                                (nd.sd->tf == NULL)) {
448 <                                SDfreeCache(nd.sd);
449 <                                raytrans(r);
450 <                                return(1);
451 <                        }
452 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
453 <                } else
454 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
694 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambBack);
695 >                if (m->oargs.nfargs >= 6) {
696 >                        setcolor(ctmp, m->oargs.farg[3],
697                                          m->oargs.farg[4],
698                                          m->oargs.farg[5]);
699 +                        addcolor(nd.rdiff, ctmp);
700 +                }
701 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambBack);
702          }
703 <                                                /* diffuse transmittance */
704 <        if (m->oargs.nfargs < 9)
460 <                setcolor(nd.tdiff, .0, .0, .0);
461 <        else
462 <                setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
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]);
707 <        nd.mp = m;
708 <        nd.pr = r;
707 >                addcolor(nd.tdiff, ctmp);
708 >        }
709                                                  /* get modifiers */
710          raytexture(r, m->omod);
711                                                  /* modify diffuse values */
712          multcolor(nd.rdiff, r->pcol);
713          multcolor(nd.tdiff, r->pcol);
714                                                  /* get up vector */
715 <        upvec[0] = evalue(mf->ep[1]);
716 <        upvec[1] = evalue(mf->ep[2]);
717 <        upvec[2] = evalue(mf->ep[3]);
715 >        upvec[0] = evalue(mf->ep[hasthick+0]);
716 >        upvec[1] = evalue(mf->ep[hasthick+1]);
717 >        upvec[2] = evalue(mf->ep[hasthick+2]);
718                                                  /* return to world coords */
719 <        if (mf->f != &unitxf) {
720 <                multv3(upvec, upvec, mf->f->xfm);
721 <                nd.thick *= mf->f->sca;
719 >        if (mf->fxp != &unitxf) {
720 >                multv3(upvec, upvec, mf->fxp->xfm);
721 >                nd.thick *= mf->fxp->sca;
722          }
723 +        if (r->rox != NULL) {
724 +                multv3(upvec, upvec, r->rox->f.xfm);
725 +                nd.thick *= r->rox->f.sca;
726 +        }
727          raynormal(nd.pnorm, r);
728                                                  /* compute local BSDF xform */
729          ec = SDcompXform(nd.toloc, nd.pnorm, upvec);
# Line 487 | Line 733 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
733                  nd.vray[2] = -r->rdir[2];
734                  ec = SDmapDir(nd.vray, nd.toloc, nd.vray);
735          }
736 <        if (!ec)
737 <                ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
492 <                                                /* determine BSDF resolution */
493 <        if (!ec)
494 <                ec = SDsizeBSDF(&nd.sr_vpsa, nd.vray, SDqueryMin, nd.sd);
495 <        if (!ec)
496 <                nd.sr_vpsa = sqrt(nd.sr_vpsa);
497 <        else {
498 <                objerror(m, WARNING, transSDError(ec));
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 +        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);
751 +                        rayvalue(&tr);          /* transmit with scaling */
752 +                        multcolor(tr.rcol, tr.rcoef);
753 +                        copycolor(r->rcol, tr.rcol);
754 +                        return(1);              /* we're done */
755 +                }
756 +        }
757 +        ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
758 +        if (!ec)                                /* determine BSDF resolution */
759 +                ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL,
760 +                                        SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
761 +        if (ec)
762 +                objerror(m, USER, transSDError(ec));
763 +
764 +        nd.sr_vpsa[0] = sqrt(nd.sr_vpsa[0]);
765 +        nd.sr_vpsa[1] = sqrt(nd.sr_vpsa[1]);
766          if (!hitfront) {                        /* perturb normal towards hit */
767                  nd.pnorm[0] = -nd.pnorm[0];
768                  nd.pnorm[1] = -nd.pnorm[1];
# Line 528 | Line 792 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
792                  bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
793                  bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
794                  bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
795 <                if (nd.thick != .0) {           /* proxy with offset? */
795 >                if (nd.thick != 0) {            /* proxy with offset? */
796                          VCOPY(vtmp, r->rop);
797 <                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, -nd.thick);
797 >                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, nd.thick);
798                          multambient(ctmp, r, bnorm);
799                          VCOPY(r->rop, vtmp);
800                  } else
# Line 540 | Line 804 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
804                          flipsurface(r);
805          }
806                                                  /* add direct component */
807 <        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL)) {
807 >        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL) &
808 >                                        (nd.sd->tb == NULL)) {
809                  direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection only */
810 <        } else if (nd.thick == .0) {
810 >        } else if (nd.thick == 0) {
811                  direct(r, dir_bsdf, &nd);       /* thin surface scattering */
812          } else {
813                  direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection first */

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