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

Comparing ray/src/rt/m_bsdf.c (file contents):
Revision 2.17 by greg, Thu Sep 22 02:15:56 2011 UTC vs.
Revision 2.74 by greg, Wed Sep 18 19:52:35 2024 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
# 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 71 | 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 +        SCOLOR  cthru;          /* "through" component for MAT_ABSDF */
90 +        SCOLOR  cthru_surr;     /* surround for "through" component */
91          SDData  *sd;            /* loaded BSDF data */
92 <        COLOR   runsamp;        /* BSDF hemispherical reflection */
93 <        COLOR   rdiff;          /* added diffuse reflection */
94 <        COLOR   tunsamp;        /* BSDF hemispherical transmission */
95 <        COLOR   tdiff;          /* added diffuse transmission */
92 >        SCOLOR  rdiff;          /* diffuse reflection */
93 >        SCOLOR  runsamp;        /* BSDF hemispherical reflection */
94 >        SCOLOR  tdiff;          /* diffuse transmission */
95 >        SCOLOR  tunsamp;        /* BSDF hemispherical transmission */
96   }  BSDFDAT;             /* BSDF material data */
97  
98 < #define cvt_sdcolor(cv, svp)    ccy2rgb(&(svp)->spec, (svp)->cieY, cv)
98 > #define cvt_sdcolor(scv, svp)   ccy2scolor(&(svp)->spec, (svp)->cieY, scv)
99  
100 + typedef struct {
101 +        double  vy;             /* brightness (for sorting) */
102 +        FVECT   tdir;           /* through sample direction (normalized) */
103 +        SCOLOR  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      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 +        SCOLOR          vpeak, vsurr, btdiff;
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 (sintens(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, ndp->vray, psamp[i].tdir, 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 +        scolorblack(vpeak);
169 +        scolorblack(vsurr);
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, ndp->vray, psamp[i].tdir,
177 +                                                SDqueryMin, ndp->sd);
178 +                if (ec)
179 +                        goto baderror;
180 +
181 +                scalescolor(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 +                        saddscolor(vsurr, psamp[i].vcol);
187 +                        tomsurr += tomega;
188 +                        continue;
189 +                }
190 +                saddscolor(vpeak, psamp[i].vcol);
191 +                tomsum += tomega;
192 +                vypeak += psamp[i].vy;
193 +                ++ns;
194 +        }
195 +        if (tomsurr < 0.2*tomsum)               /* insufficient surround? */
196 +                return;
197 +        scalescolor(vsurr, 1./tomsurr);         /* surround is avg. BTDF */
198 +        if (ndp->vray[2] > 0)                   /* get diffuse BTDF */
199 +                cvt_sdcolor(btdiff, &ndp->sd->tLambFront);
200 +        else
201 +                cvt_sdcolor(btdiff, &ndp->sd->tLambBack);
202 +        scalescolor(btdiff, (1./PI));
203 +        for (i = NCSAMP; i--; ) {               /* remove diffuse contrib. */
204 +                if ((vpeak[i] -= tomsum*btdiff[i]) < 0)
205 +                        vpeak[i] = 0;
206 +                if ((vsurr[i] -= btdiff[i]) < 0)
207 +                        vsurr[i] = 0;
208 +        }
209 +        if (pbright(vpeak) < .0005)             /* < 0.05% specular? */
210 +                return;
211 +        smultscolor(vsurr, ndp->pr->pcol);      /* modify by pattern */
212 +        smultscolor(vpeak, ndp->pr->pcol);
213 +        copyscolor(ndp->cthru_surr, vsurr);
214 +        copyscolor(ndp->cthru, vpeak);
215 +        return;
216 + baderror:
217 +        objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
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)
# Line 94 | Line 232 | bsdf_jitter(FVECT vres, BSDFDAT *ndp, double sr_psa)
232          normalize(vres);
233   }
234  
235 < /* Evaluate BSDF for direct component, returning true if OK to proceed */
235 > /* Get BSDF specular for direct component, returning true if OK to proceed */
236   static int
237 < direct_bsdf_OK(COLOR cval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
237 > direct_specular_OK(SCOLOR scval, FVECT ldir, double omega, BSDFDAT *ndp)
238   {
239 <        int     nsamp, ok = 0;
240 <        FVECT   vsrc, vsmp, vjit;
241 <        double  tomega;
242 <        double  sf, tsr, sd[2];
243 <        COLOR   csmp;
239 >        int     nsamp = 1;
240 >        int     scnt = 0;
241 >        FVECT   vsrc;
242 >        double  tomega, tomega2;
243 >        double  tsr, sd[2];
244 >        SCOLOR  csmp, cdiff;
245 >        double  diffY;
246          SDValue sv;
247          SDError ec;
248          int     i;
249 +                                        /* in case we fail */
250 +        scolorblack(scval);
251                                          /* transform source direction */
252          if (SDmapDir(vsrc, ndp->toloc, ldir) != SDEnone)
253                  return(0);
254 <                                        /* assign number of samples */
254 >                                        /* check indirect over-counting */
255 >        if ((vsrc[2] > 0) ^ (ndp->vray[2] > 0) && sintens(ndp->cthru) > FTINY) {
256 >                double          dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
257 >                double          dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
258 >                SDSpectralDF    *dfp = (ndp->pr->rod > 0) ?
259 >                        ((ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb) :
260 >                        ((ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf) ;
261 >
262 >                tomega = omega*fabs(vsrc[2]);
263 >                if (dx*dx + dy*dy <= (2.5*4./PI)*(tomega + dfp->minProjSA +
264 >                                                2.*sqrt(tomega*dfp->minProjSA))) {
265 >                        if (sintens(ndp->cthru_surr) <= FTINY)
266 >                                return(0);
267 >                        copyscolor(scval, ndp->cthru_surr);
268 >                        return(1);      /* return non-zero surround BTDF */
269 >                }
270 >        }
271 >                                        /* will discount diffuse portion */
272 >        switch ((vsrc[2] > 0)<<1 | (ndp->vray[2] > 0)) {
273 >        case 3:
274 >                if (ndp->sd->rf == NULL)
275 >                        return(0);      /* all diffuse */
276 >                sv = ndp->sd->rLambFront;
277 >                break;
278 >        case 0:
279 >                if (ndp->sd->rb == NULL)
280 >                        return(0);      /* all diffuse */
281 >                sv = ndp->sd->rLambBack;
282 >                break;
283 >        case 1:
284 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
285 >                        return(0);      /* all diffuse */
286 >                sv = ndp->sd->tLambFront;
287 >                break;
288 >        case 2:
289 >                if ((ndp->sd->tf == NULL) & (ndp->sd->tb == NULL))
290 >                        return(0);      /* all diffuse */
291 >                sv = ndp->sd->tLambBack;
292 >                break;
293 >        }
294 >        if (sv.cieY > FTINY) {
295 >                diffY = sv.cieY *= 1./PI;
296 >                cvt_sdcolor(cdiff, &sv);
297 >        } else {
298 >                diffY = 0;
299 >                scolorblack(cdiff);
300 >        }
301          ec = SDsizeBSDF(&tomega, ndp->vray, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
302          if (ec)
303                  goto baderror;
304 <                                        /* check indirect over-counting */
305 <        if (ndp->thick != 0 && ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)
306 <                                && vsrc[2] > 0 ^ ndp->vray[2] > 0) {
307 <                double  dx = vsrc[0] + ndp->vray[0];
120 <                double  dy = vsrc[1] + ndp->vray[1];
121 <                if (dx*dx + dy*dy <= omega+tomega)
122 <                        return(0);
304 >                                        /* check if sampling BSDF */
305 >        if ((tsr = sqrt(tomega)) > 0) {
306 >                nsamp = 4.*specjitter*ndp->pr->rweight + .5;
307 >                nsamp += !nsamp;
308          }
309 <        sf = specjitter * ndp->pr->rweight;
310 <        if (25.*tomega <= omega)
126 <                nsamp = 100.*sf + .5;
127 <        else
128 <                nsamp = 4.*sf*omega/tomega + .5;
129 <        nsamp += !nsamp;
130 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);     /* sample our source area */
131 <        sf = sqrt(omega);
132 <        tsr = sqrt(tomega);
133 <        for (i = nsamp; i--; ) {
134 <                VCOPY(vsmp, vsrc);      /* jitter query directions */
135 <                if (nsamp > 1) {
136 <                        multisamp(sd, 2, (i + frandom())/(double)nsamp);
137 <                        vsmp[0] += (sd[0] - .5)*sf;
138 <                        vsmp[1] += (sd[1] - .5)*sf;
139 <                        if (normalize(vsmp) == 0) {
140 <                                --nsamp;
141 <                                continue;
142 <                        }
143 <                }
309 >        for (i = nsamp; i--; ) {        /* jitter to fuzz BSDF cells */
310 >                FVECT   vjit;
311                  bsdf_jitter(vjit, ndp, tsr);
312                                          /* compute BSDF */
313 <                ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsmp, ndp->sd);
313 >                ec = SDevalBSDF(&sv, vjit, vsrc, ndp->sd);
314                  if (ec)
315                          goto baderror;
316 <                if (sv.cieY <= FTINY)   /* worth using? */
316 >                if (sv.cieY - diffY <= FTINY) {
317 >                        ++scnt;         /* still counts as 0 contribution */
318                          continue;
319 +                }
320 +                                        /* check for variable resolution */
321 +                ec = SDsizeBSDF(&tomega2, vjit, vsrc, SDqueryMin, ndp->sd);
322 +                if (ec)
323 +                        goto baderror;
324 +                if (tomega2 < .12*tomega)
325 +                        continue;       /* not safe to include */
326                  cvt_sdcolor(csmp, &sv);
327 <                addcolor(cval, csmp);   /* average it in */
328 <                ++ok;
327 >                saddscolor(scval, csmp);
328 >                ++scnt;
329          }
330 <        sf = 1./(double)nsamp;
331 <        scalecolor(cval, sf);
332 <        return(ok);
330 >        if (!scnt)                      /* no valid specular samples? */
331 >                return(0);
332 >
333 >        scalescolor(scval, 1./scnt);    /* weighted average BSDF */
334 >                                        /* subtract diffuse contribution */
335 >        for (i = NCSAMP*(diffY > FTINY); i--; )
336 >                if ((scval[i] -= cdiff[i]) < 0)
337 >                        scval[i] = 0;
338 >        return(1);
339   baderror:
340          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
341          return(0);                      /* gratis return */
# Line 163 | Line 344 | baderror:
344   /* Compute source contribution for BSDF (reflected & transmitted) */
345   static void
346   dir_bsdf(
347 <        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
347 >        SCOLOR  scval,                  /* returned coefficient */
348          void  *nnp,                     /* material data */
349          FVECT  ldir,                    /* light source direction */
350          double  omega                   /* light source size */
# Line 172 | Line 353 | dir_bsdf(
353          BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
354          double          ldot;
355          double          dtmp;
356 <        COLOR           ctmp;
356 >        SCOLOR          sctmp;
357  
358 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
358 >        scolorblack(scval);
359  
360          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
361          if ((-FTINY <= ldot) & (ldot <= FTINY))
362                  return;
363  
364 <        if (ldot > 0 && bright(np->rdiff) > FTINY) {
364 >        if (ldot > 0 && sintens(np->rdiff) > FTINY) {
365                  /*
366 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
366 >                 *  Compute diffuse reflected component
367                   */
368 <                copycolor(ctmp, np->rdiff);
368 >                copyscolor(sctmp, np->rdiff);
369                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
370 <                scalecolor(ctmp, dtmp);
371 <                addcolor(cval, ctmp);
370 >                scalescolor(sctmp, dtmp);
371 >                saddscolor(scval, sctmp);
372          }
373 <        if (ldot < 0 && bright(np->tdiff) > FTINY) {
373 >        if (ldot < 0 && sintens(np->tdiff) > FTINY) {
374                  /*
375 <                 *  Compute added diffuse transmission.
375 >                 *  Compute diffuse transmission
376                   */
377 <                copycolor(ctmp, np->tdiff);
378 <                dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
379 <                scalecolor(ctmp, dtmp);
380 <                addcolor(cval, ctmp);
377 >                copyscolor(sctmp, np->tdiff);
378 >                dtmp = -ldot * omega * (1./PI);
379 >                scalescolor(sctmp, dtmp);
380 >                saddscolor(scval, sctmp);
381          }
382 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
383 +                return;         /* specular already in photon map */
384          /*
385 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
385 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
386           */
387 <        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, omega, np))
387 >        if (!direct_specular_OK(sctmp, ldir, omega, np))
388                  return;
389 <        if (ldot > 0) {         /* pattern only diffuse reflection */
390 <                COLOR   ctmp1, ctmp2;
208 <                dtmp = (np->pr->rod > 0) ? np->sd->rLambFront.cieY
209 <                                        : np->sd->rLambBack.cieY;
210 <                                        /* diffuse fraction */
211 <                dtmp /= PI * bright(ctmp);
212 <                copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
213 <                scalecolor(ctmp2, dtmp);
214 <                setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
215 <                addcolor(ctmp1, ctmp2);
216 <                multcolor(ctmp, ctmp1); /* apply derated pattern */
217 <                dtmp = ldot * omega;
218 <        } else {                        /* full pattern on transmission */
219 <                multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
389 >        if (ldot < 0) {         /* pattern for specular transmission */
390 >                smultscolor(sctmp, np->pr->pcol);
391                  dtmp = -ldot * omega;
392 <        }
393 <        scalecolor(ctmp, dtmp);
394 <        addcolor(cval, ctmp);
392 >        } else
393 >                dtmp = ldot * omega;
394 >        scalescolor(sctmp, dtmp);
395 >        saddscolor(scval, sctmp);
396   }
397  
398   /* Compute source contribution for BSDF (reflected only) */
399   static void
400   dir_brdf(
401 <        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
401 >        SCOLOR  scval,                  /* returned coefficient */
402          void  *nnp,                     /* material data */
403          FVECT  ldir,                    /* light source direction */
404          double  omega                   /* light source size */
# Line 235 | Line 407 | dir_brdf(
407          BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
408          double          ldot;
409          double          dtmp;
410 <        COLOR           ctmp, ctmp1, ctmp2;
410 >        SCOLOR          sctmp;
411  
412 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
412 >        scolorblack(scval);
413  
414          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
415          
416          if (ldot <= FTINY)
417                  return;
418  
419 <        if (bright(np->rdiff) > FTINY) {
419 >        if (sintens(np->rdiff) > FTINY) {
420                  /*
421 <                 *  Compute added diffuse reflected component.
421 >                 *  Compute diffuse reflected component
422                   */
423 <                copycolor(ctmp, np->rdiff);
423 >                copyscolor(sctmp, np->rdiff);
424                  dtmp = ldot * omega * (1./PI);
425 <                scalecolor(ctmp, dtmp);
426 <                addcolor(cval, ctmp);
425 >                scalescolor(sctmp, dtmp);
426 >                saddscolor(scval, sctmp);
427          }
428 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
429 +                return;         /* specular already in photon map */
430          /*
431 <         *  Compute reflection coefficient using BSDF.
431 >         *  Compute specular reflection coefficient using BSDF
432           */
433 <        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, omega, np))
433 >        if (!direct_specular_OK(sctmp, ldir, omega, np))
434                  return;
261 –                                        /* pattern only diffuse reflection */
262 –        dtmp = (np->pr->rod > 0) ? np->sd->rLambFront.cieY
263 –                                : np->sd->rLambBack.cieY;
264 –        dtmp /= PI * bright(ctmp);      /* diffuse fraction */
265 –        copycolor(ctmp2, np->pr->pcol);
266 –        scalecolor(ctmp2, dtmp);
267 –        setcolor(ctmp1, 1.-dtmp, 1.-dtmp, 1.-dtmp);
268 –        addcolor(ctmp1, ctmp2);
269 –        multcolor(ctmp, ctmp1);         /* apply derated pattern */
435          dtmp = ldot * omega;
436 <        scalecolor(ctmp, dtmp);
437 <        addcolor(cval, ctmp);
436 >        scalescolor(sctmp, dtmp);
437 >        saddscolor(scval, sctmp);
438   }
439  
440   /* Compute source contribution for BSDF (transmitted only) */
441   static void
442   dir_btdf(
443 <        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
443 >        SCOLOR  scval,                  /* returned coefficient */
444          void  *nnp,                     /* material data */
445          FVECT  ldir,                    /* light source direction */
446          double  omega                   /* light source size */
# Line 284 | Line 449 | dir_btdf(
449          BSDFDAT         *np = (BSDFDAT *)nnp;
450          double          ldot;
451          double          dtmp;
452 <        COLOR           ctmp;
452 >        SCOLOR          sctmp;
453  
454 <        setcolor(cval, .0, .0, .0);
454 >        scolorblack(scval);
455  
456          ldot = DOT(np->pnorm, ldir);
457  
458          if (ldot >= -FTINY)
459                  return;
460  
461 <        if (bright(np->tdiff) > FTINY) {
461 >        if (sintens(np->tdiff) > FTINY) {
462                  /*
463 <                 *  Compute added diffuse transmission.
463 >                 *  Compute diffuse transmission
464                   */
465 <                copycolor(ctmp, np->tdiff);
466 <                dtmp = -ldot * omega * (1.0/PI);
467 <                scalecolor(ctmp, dtmp);
468 <                addcolor(cval, ctmp);
465 >                copyscolor(sctmp, np->tdiff);
466 >                dtmp = -ldot * omega * (1./PI);
467 >                scalescolor(sctmp, dtmp);
468 >                saddscolor(scval, sctmp);
469          }
470 +        if (ambRayInPmap(np->pr))
471 +                return;         /* specular already in photon map */
472          /*
473 <         *  Compute scattering coefficient using BSDF.
473 >         *  Compute specular scattering coefficient using BSDF
474           */
475 <        if (!direct_bsdf_OK(ctmp, ldir, omega, np))
475 >        if (!direct_specular_OK(sctmp, ldir, omega, np))
476                  return;
477                                          /* full pattern on transmission */
478 <        multcolor(ctmp, np->pr->pcol);
478 >        smultscolor(sctmp, np->pr->pcol);
479          dtmp = -ldot * omega;
480 <        scalecolor(ctmp, dtmp);
481 <        addcolor(cval, ctmp);
480 >        scalescolor(sctmp, dtmp);
481 >        saddscolor(scval, sctmp);
482   }
483  
484   /* Sample separate BSDF component */
485   static int
486 < sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usepat)
486 > sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int xmit)
487   {
488 <        int     nstarget = 1;
489 <        int     nsent;
490 <        SDError ec;
491 <        SDValue bsv;
492 <        double  xrand;
493 <        FVECT   vsmp;
494 <        RAY     sr;
488 >        const int       hasthru = (xmit &&
489 >                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
490 >                                        && sintens(ndp->cthru) > FTINY);
491 >        int             nstarget = 1;
492 >        int             nsent = 0;
493 >        int             n;
494 >        SDError         ec;
495 >        SDValue         bsv;
496 >        double          xrand;
497 >        FVECT           vsmp, vinc;
498 >        RAY             sr;
499                                                  /* multiple samples? */
500          if (specjitter > 1.5) {
501                  nstarget = specjitter*ndp->pr->rweight + .5;
502                  nstarget += !nstarget;
503          }
504                                                  /* run through our samples */
505 <        for (nsent = 0; nsent < nstarget; nsent++) {
505 >        for (n = 0; n < nstarget; n++) {
506                  if (nstarget == 1) {            /* stratify random variable */
507                          xrand = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
508                          if (specjitter < 1.)
509                                  xrand = .5 + specjitter*(xrand-.5);
510                  } else {
511 <                        xrand = (nsent + frandom())/(double)nstarget;
511 >                        xrand = (n + frandom())/(double)nstarget;
512                  }
513                  SDerrorDetail[0] = '\0';        /* sample direction & coef. */
514                  bsdf_jitter(vsmp, ndp, ndp->sr_vpsa[0]);
515 +                VCOPY(vinc, vsmp);              /* to compare after */
516                  ec = SDsampComponent(&bsv, vsmp, xrand, dcp);
517                  if (ec)
518                          objerror(ndp->mp, USER, transSDError(ec));
519                  if (bsv.cieY <= FTINY)          /* zero component? */
520                          break;
521 <                                                /* map vector to world */
521 >                if (hasthru) {                  /* check for view ray */
522 >                        double  dx = vinc[0] + vsmp[0];
523 >                        double  dy = vinc[1] + vsmp[1];
524 >                        if (dx*dx + dy*dy <= ndp->sr_vpsa[0]*ndp->sr_vpsa[0])
525 >                                continue;       /* exclude view sample */
526 >                }
527 >                                                /* map non-view sample->world */
528                  if (SDmapDir(sr.rdir, ndp->fromloc, vsmp) != SDEnone)
529                          break;
530                                                  /* spawn a specular ray */
531                  if (nstarget > 1)
532                          bsv.cieY /= (double)nstarget;
533                  cvt_sdcolor(sr.rcoef, &bsv);    /* use sample color */
534 <                if (usepat)                     /* apply pattern? */
535 <                        multcolor(sr.rcoef, ndp->pr->pcol);
536 <                if (rayorigin(&sr, SPECULAR, ndp->pr, sr.rcoef) < 0) {
537 <                        if (maxdepth > 0)
538 <                                break;
539 <                        continue;               /* Russian roulette victim */
534 >                if (xmit)                       /* apply pattern on transmit */
535 >                        smultscolor(sr.rcoef, ndp->pr->pcol);
536 >                if (rayorigin(&sr, xmit ? TSPECULAR : RSPECULAR, ndp->pr, sr.rcoef) < 0) {
537 >                        if (!n & (nstarget > 1)) {
538 >                                n = nstarget;   /* avoid infinitue loop */
539 >                                nstarget = nstarget*sr.rweight/(minweight + 1e-20);
540 >                                if (n == nstarget) break;
541 >                                n = -1;         /* moved target */
542 >                        }
543 >                        continue;               /* try again */
544                  }
545 <                                                /* need to offset origin? */
364 <                if (ndp->thick != 0 && ndp->pr->rod > 0 ^ vsmp[2] > 0)
545 >                if (xmit && ndp->thick != 0)    /* need to offset origin? */
546                          VSUM(sr.rorg, sr.rorg, ndp->pr->ron, -ndp->thick);
547                  rayvalue(&sr);                  /* send & evaluate sample */
548 <                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
549 <                addcolor(ndp->pr->rcol, sr.rcol);
548 >                smultscolor(sr.rcol, sr.rcoef);
549 >                saddscolor(ndp->pr->rcol, sr.rcol);
550 >                ++nsent;
551          }
552          return(nsent);
553   }
# Line 374 | Line 556 | sample_sdcomp(BSDFDAT *ndp, SDComponent *dcp, int usep
556   static int
557   sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
558   {
559 +        int             hasthru = (sflags == SDsampSpT &&
560 +                                        !(ndp->pr->crtype & (SPECULAR|AMBIENT))
561 +                                        && sintens(ndp->cthru) > FTINY);
562          int             n, ntotal = 0;
563 +        double          b = 0;
564          SDSpectralDF    *dfp;
565          COLORV          *unsc;
566  
567          if (sflags == SDsampSpT) {
568                  unsc = ndp->tunsamp;
569 <                dfp = ndp->sd->tf;
570 <                cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->tLamb);
569 >                if (ndp->pr->rod > 0)
570 >                        dfp = (ndp->sd->tf != NULL) ? ndp->sd->tf : ndp->sd->tb;
571 >                else
572 >                        dfp = (ndp->sd->tb != NULL) ? ndp->sd->tb : ndp->sd->tf;
573          } else /* sflags == SDsampSpR */ {
574                  unsc = ndp->runsamp;
575 <                if (ndp->pr->rod > 0) {
575 >                if (ndp->pr->rod > 0)
576                          dfp = ndp->sd->rf;
577 <                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambFront);
390 <                } else {
577 >                else
578                          dfp = ndp->sd->rb;
392 –                        cvt_sdcolor(unsc, &ndp->sd->rLambBack);
393 –                }
579          }
580 <        multcolor(unsc, ndp->pr->pcol);
580 >        scolorblack(unsc);
581          if (dfp == NULL)                        /* no specular component? */
582                  return(0);
583 <                                                /* below sampling threshold? */
584 <        if (dfp->maxHemi <= specthresh+FTINY) {
585 <                if (dfp->maxHemi > FTINY) {     /* XXX no color from BSDF */
586 <                        FVECT   vjit;
587 <                        double  d;
588 <                        COLOR   ctmp;
589 <                        bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
590 <                        d = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd);
583 >
584 >        if (hasthru) {                          /* separate view sample? */
585 >                RAY     tr;
586 >                if (rayorigin(&tr, TRANS, ndp->pr, ndp->cthru) == 0) {
587 >                        VCOPY(tr.rdir, ndp->pr->rdir);
588 >                        rayvalue(&tr);
589 >                        smultscolor(tr.rcol, tr.rcoef);
590 >                        saddscolor(ndp->pr->rcol, tr.rcol);
591 >                        ndp->pr->rxt = ndp->pr->rot + raydistance(&tr);
592 >                        ++ntotal;
593 >                        b = pbright(ndp->cthru);
594 >                } else
595 >                        hasthru = 0;
596 >        }
597 >        if (dfp->maxHemi - b <= FTINY) {        /* have specular to sample? */
598 >                b = 0;
599 >        } else {
600 >                FVECT   vjit;
601 >                bsdf_jitter(vjit, ndp, ndp->sr_vpsa[1]);
602 >                b = SDdirectHemi(vjit, sflags, ndp->sd) - b;
603 >                b *= (b > 0);
604 >        }
605 >        if (b <= specthresh+FTINY) {            /* below sampling threshold? */
606 >                if (b > FTINY) {                /* XXX no color from BSDF */
607                          if (sflags == SDsampSpT) {
608 <                                copycolor(ctmp, ndp->pr->pcol);
609 <                                scalecolor(ctmp, d);
608 >                                copyscolor(unsc, ndp->pr->pcol);
609 >                                scalescolor(unsc, b);
610                          } else                  /* no pattern on reflection */
611 <                                setcolor(ctmp, d, d, d);
411 <                        addcolor(unsc, ctmp);
611 >                                setscolor(unsc, b, b, b);
612                  }
613 <                return(0);
613 >                return(ntotal);
614          }
615 <                                                /* else need to sample */
616 <        dimlist[ndims++] = (int)(size_t)ndp->mp;
417 <        ndims++;
615 >        dimlist[ndims] = (int)(size_t)ndp->mp;  /* else sample specular */
616 >        ndims += 2;
617          for (n = dfp->ncomp; n--; ) {           /* loop over components */
618                  dimlist[ndims-1] = n + 9438;
619                  ntotal += sample_sdcomp(ndp, &dfp->comp[n], sflags==SDsampSpT);
# Line 427 | Line 626 | sample_sdf(BSDFDAT *ndp, int sflags)
626   int
627   m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
628   {
629 +        int     hasthick = (m->otype == MAT_BSDF);
630          int     hitfront;
631 <        COLOR   ctmp;
631 >        SCOLOR  sctmp;
632          SDError ec;
633          FVECT   upvec, vtmp;
634          MFUNC   *mf;
635          BSDFDAT nd;
636                                                  /* check arguments */
637 <        if ((m->oargs.nsargs < 6) | (m->oargs.nfargs > 9) |
637 >        if ((m->oargs.nsargs < hasthick+5) | (m->oargs.nfargs > 9) |
638                                  (m->oargs.nfargs % 3))
639                  objerror(m, USER, "bad # arguments");
640                                                  /* record surface struck */
641          hitfront = (r->rod > 0);
642                                                  /* load cal file */
643 <        mf = getfunc(m, 5, 0x1d, 1);
644 <                                                /* get thickness */
645 <        nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
646 <        if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
647 <                nd.thick = .0;
648 <                                                /* check shadow */
649 <        if (r->crtype & SHADOW) {
650 <                if (nd.thick != 0)
451 <                        raytrans(r);            /* pass-through */
452 <                return(1);                      /* or shadow */
643 >        mf = hasthick   ? getfunc(m, 5, 0x1d, 1)
644 >                        : getfunc(m, 4, 0xe, 1) ;
645 >        setfunc(m, r);
646 >        nd.thick = 0;                           /* set thickness */
647 >        if (hasthick) {
648 >                nd.thick = evalue(mf->ep[0]);
649 >                if ((-FTINY <= nd.thick) & (nd.thick <= FTINY))
650 >                        nd.thick = 0;
651          }
652 +                                                /* check backface visibility */
653 +        if (!hitfront & !backvis) {
654 +                raytrans(r);
655 +                return(1);
656 +        }
657                                                  /* check other rays to pass */
658 <        if (nd.thick != 0 && (!(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
659 <                                nd.thick > 0 ^ hitfront)) {
658 >        if (nd.thick != 0 && (r->crtype & SHADOW ||
659 >                                !(r->crtype & (SPECULAR|AMBIENT)) ||
660 >                                (nd.thick > 0) ^ hitfront)) {
661                  raytrans(r);                    /* hide our proxy */
662                  return(1);
663          }
664 +        if (hasthick && r->crtype & SHADOW)     /* early shadow check #1 */
665 +                return(1);
666 +        nd.mp = m;
667 +        nd.pr = r;
668                                                  /* get BSDF data */
669 <        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[1]);
670 <                                                /* diffuse reflectance */
669 >        nd.sd = loadBSDF(m->oargs.sarg[hasthick]);
670 >                                                /* early shadow check #2 */
671 >        if (r->crtype & SHADOW && (nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL)) {
672 >                SDfreeCache(nd.sd);
673 >                return(1);
674 >        }
675 >                                                /* diffuse components */
676          if (hitfront) {
677 <                if (m->oargs.nfargs < 3)
678 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
679 <                else
467 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[0],
677 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambFront);
678 >                if (m->oargs.nfargs >= 3) {
679 >                        setscolor(sctmp, m->oargs.farg[0],
680                                          m->oargs.farg[1],
681                                          m->oargs.farg[2]);
682 +                        saddscolor(nd.rdiff, sctmp);
683 +                }
684 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambFront);
685          } else {
686 <                if (m->oargs.nfargs < 6) {      /* check invisible backside */
687 <                        if (!backvis && (nd.sd->rb == NULL) &
688 <                                                (nd.sd->tf == NULL)) {
474 <                                SDfreeCache(nd.sd);
475 <                                raytrans(r);
476 <                                return(1);
477 <                        }
478 <                        setcolor(nd.rdiff, .0, .0, .0);
479 <                } else
480 <                        setcolor(nd.rdiff, m->oargs.farg[3],
686 >                cvt_sdcolor(nd.rdiff, &nd.sd->rLambBack);
687 >                if (m->oargs.nfargs >= 6) {
688 >                        setscolor(sctmp, m->oargs.farg[3],
689                                          m->oargs.farg[4],
690                                          m->oargs.farg[5]);
691 +                        saddscolor(nd.rdiff, sctmp);
692 +                }
693 +                cvt_sdcolor(nd.tdiff, &nd.sd->tLambBack);
694          }
695 <                                                /* diffuse transmittance */
696 <        if (m->oargs.nfargs < 9)
486 <                setcolor(nd.tdiff, .0, .0, .0);
487 <        else
488 <                setcolor(nd.tdiff, m->oargs.farg[6],
695 >        if (m->oargs.nfargs >= 9) {             /* add diffuse transmittance? */
696 >                setscolor(sctmp, m->oargs.farg[6],
697                                  m->oargs.farg[7],
698                                  m->oargs.farg[8]);
699 <        nd.mp = m;
700 <        nd.pr = r;
699 >                saddscolor(nd.tdiff, sctmp);
700 >        }
701                                                  /* get modifiers */
702          raytexture(r, m->omod);
703                                                  /* modify diffuse values */
704 <        multcolor(nd.rdiff, r->pcol);
705 <        multcolor(nd.tdiff, r->pcol);
704 >        smultscolor(nd.rdiff, r->pcol);
705 >        smultscolor(nd.tdiff, r->pcol);
706                                                  /* get up vector */
707 <        upvec[0] = evalue(mf->ep[1]);
708 <        upvec[1] = evalue(mf->ep[2]);
709 <        upvec[2] = evalue(mf->ep[3]);
707 >        upvec[0] = evalue(mf->ep[hasthick+0]);
708 >        upvec[1] = evalue(mf->ep[hasthick+1]);
709 >        upvec[2] = evalue(mf->ep[hasthick+2]);
710                                                  /* return to world coords */
711 <        if (mf->f != &unitxf) {
712 <                multv3(upvec, upvec, mf->f->xfm);
713 <                nd.thick *= mf->f->sca;
711 >        if (mf->fxp != &unitxf) {
712 >                multv3(upvec, upvec, mf->fxp->xfm);
713 >                nd.thick *= mf->fxp->sca;
714          }
715 +        if (r->rox != NULL) {
716 +                multv3(upvec, upvec, r->rox->f.xfm);
717 +                nd.thick *= r->rox->f.sca;
718 +        }
719          raynormal(nd.pnorm, r);
720                                                  /* compute local BSDF xform */
721          ec = SDcompXform(nd.toloc, nd.pnorm, upvec);
# Line 513 | Line 725 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
725                  nd.vray[2] = -r->rdir[2];
726                  ec = SDmapDir(nd.vray, nd.toloc, nd.vray);
727          }
516 –        if (!ec)
517 –                ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
518 –                                                /* determine BSDF resolution */
519 –        if (!ec)
520 –                ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL,
521 –                                                SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
728          if (ec) {
729 <                objerror(m, WARNING, transSDError(ec));
729 >                objerror(m, WARNING, "Illegal orientation vector");
730                  SDfreeCache(nd.sd);
731                  return(1);
732          }
733 +        scolorblack(nd.cthru);                  /* consider through component */
734 +        scolorblack(nd.cthru_surr);
735 +        if (m->otype == MAT_ABSDF) {
736 +                compute_through(&nd);
737 +                if (r->crtype & SHADOW) {
738 +                        RAY     tr;             /* attempt to pass shadow ray */
739 +                        SDfreeCache(nd.sd);
740 +                        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, nd.cthru) < 0)
741 +                                return(1);      /* no through component */
742 +                        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
743 +                        rayvalue(&tr);          /* transmit with scaling */
744 +                        smultscolor(tr.rcol, tr.rcoef);
745 +                        copyscolor(r->rcol, tr.rcol);
746 +                        return(1);              /* we're done */
747 +                }
748 +        }
749 +        ec = SDinvXform(nd.fromloc, nd.toloc);
750 +        if (!ec)                                /* determine BSDF resolution */
751 +                ec = SDsizeBSDF(nd.sr_vpsa, nd.vray, NULL,
752 +                                        SDqueryMin+SDqueryMax, nd.sd);
753 +        if (ec)
754 +                objerror(m, USER, transSDError(ec));
755 +
756          nd.sr_vpsa[0] = sqrt(nd.sr_vpsa[0]);
757          nd.sr_vpsa[1] = sqrt(nd.sr_vpsa[1]);
758          if (!hitfront) {                        /* perturb normal towards hit */
# Line 536 | Line 765 | m_bsdf(OBJREC *m, RAY *r)
765                                                  /* sample transmission */
766          sample_sdf(&nd, SDsampSpT);
767                                                  /* compute indirect diffuse */
768 <        copycolor(ctmp, nd.rdiff);
769 <        addcolor(ctmp, nd.runsamp);
770 <        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from reflection */
771 <                if (!hitfront)
772 <                        flipsurface(r);
544 <                multambient(ctmp, r, nd.pnorm);
545 <                addcolor(r->rcol, ctmp);
546 <                if (!hitfront)
547 <                        flipsurface(r);
768 >        copyscolor(sctmp, nd.rdiff);
769 >        saddscolor(sctmp, nd.runsamp);
770 >        if (sintens(sctmp) > FTINY) {           /* ambient from reflection */
771 >                multambient(sctmp, r, nd.pnorm);
772 >                saddscolor(r->rcol, sctmp);
773          }
774 <        copycolor(ctmp, nd.tdiff);
775 <        addcolor(ctmp, nd.tunsamp);
776 <        if (bright(ctmp) > FTINY) {             /* ambient from other side */
774 >        copyscolor(sctmp, nd.tdiff);
775 >        saddscolor(sctmp, nd.tunsamp);
776 >        if (sintens(sctmp) > FTINY) {           /* ambient from other side */
777                  FVECT  bnorm;
553 –                if (hitfront)
554 –                        flipsurface(r);
778                  bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
779                  bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
780                  bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
781                  if (nd.thick != 0) {            /* proxy with offset? */
782                          VCOPY(vtmp, r->rop);
783 <                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, -nd.thick);
784 <                        multambient(ctmp, r, bnorm);
783 >                        VSUM(r->rop, vtmp, r->ron, nd.thick);
784 >                        multambient(sctmp, r, bnorm);
785                          VCOPY(r->rop, vtmp);
786                  } else
787 <                        multambient(ctmp, r, bnorm);
788 <                addcolor(r->rcol, ctmp);
566 <                if (hitfront)
567 <                        flipsurface(r);
787 >                        multambient(sctmp, r, bnorm);
788 >                saddscolor(r->rcol, sctmp);
789          }
790                                                  /* add direct component */
791 <        if ((bright(nd.tdiff) <= FTINY) & (nd.sd->tf == NULL)) {
791 >        if ((nd.sd->tf == NULL) & (nd.sd->tb == NULL) &&
792 >                        sintens(nd.tdiff) <= FTINY) {
793                  direct(r, dir_brdf, &nd);       /* reflection only */
794          } else if (nd.thick == 0) {
795                  direct(r, dir_bsdf, &nd);       /* thin surface scattering */

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