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

Comparing ray/src/rt/normal.c (file contents):
Revision 1.12 by greg, Mon Aug 12 08:20:55 1991 UTC vs.
Revision 2.24 by greg, Mon Mar 8 12:37:27 1993 UTC

# Line 1 | Line 1
1 < /* Copyright (c) 1991 Regents of the University of California */
1 > /* Copyright (c) 1992 Regents of the University of California */
2  
3   #ifndef lint
4   static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
# Line 11 | Line 11 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
11   *     12/19/85 - added stuff for metals.
12   *     6/26/87 - improved specular model.
13   *     9/28/87 - added model for translucent materials.
14 + *     Later changes described in delta comments.
15   */
16  
17   #include  "ray.h"
18  
19   #include  "otypes.h"
20  
21 + #include  "random.h"
22 +
23 + extern double  specthresh;              /* specular sampling threshold */
24 + extern double  specjitter;              /* specular sampling jitter */
25 +
26 + static  gaussamp();
27 +
28   /*
29 < *      This routine uses portions of the reflection
30 < *  model described by Cook and Torrance.
23 < *      The computation of specular components has been simplified by
24 < *  numerous approximations and ommisions to improve speed.
29 > *      This routine implements the isotropic Gaussian
30 > *  model described by Ward in Siggraph `92 article.
31   *      We orient the surface towards the incoming ray, so a single
32   *  surface can be used to represent an infinitely thin object.
33   *
# Line 34 | Line 40 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
40  
41   #define  BSPEC(m)       (6.0)           /* specularity parameter b */
42  
43 < extern double  exp();
43 >                                /* specularity flags */
44 > #define  SP_REFL        01              /* has reflected specular component */
45 > #define  SP_TRAN        02              /* has transmitted specular */
46 > #define  SP_PURE        04              /* purely specular (zero roughness) */
47 > #define  SP_FLAT        010             /* flat reflecting surface */
48 > #define  SP_RBLT        020             /* reflection below sample threshold */
49 > #define  SP_TBLT        040             /* transmission below threshold */
50  
51   typedef struct {
52          OBJREC  *mp;            /* material pointer */
53 <        RAY  *pr;               /* intersected ray */
53 >        RAY  *rp;               /* ray pointer */
54 >        short  specfl;          /* specularity flags, defined above */
55          COLOR  mcolor;          /* color of this material */
56          COLOR  scolor;          /* color of specular component */
57          FVECT  vrefl;           /* vector in direction of reflected ray */
58 <        double  alpha2;         /* roughness squared times 2 */
58 >        FVECT  prdir;           /* vector in transmitted direction */
59 >        double  alpha2;         /* roughness squared */
60          double  rdiff, rspec;   /* reflected specular, diffuse */
61          double  trans;          /* transmissivity */
62          double  tdiff, tspec;   /* transmitted specular, diffuse */
# Line 58 | Line 72 | FVECT  ldir;                   /* light source direction */
72   double  omega;                  /* light source size */
73   {
74          double  ldot;
75 <        double  dtmp;
75 >        double  dtmp, d2;
76 >        FVECT  vtmp;
77          COLOR  ctmp;
78  
79          setcolor(cval, 0.0, 0.0, 0.0);
# Line 79 | Line 94 | double  omega;                 /* light source size */
94                  scalecolor(ctmp, dtmp);
95                  addcolor(cval, ctmp);
96          }
97 <        if (ldot > FTINY && np->rspec > FTINY && np->alpha2 > FTINY) {
97 >        if (ldot > FTINY && (np->specfl&(SP_REFL|SP_PURE)) == SP_REFL) {
98                  /*
99                   *  Compute specular reflection coefficient using
100                   *  gaussian distribution model.
101                   */
102 <                                                /* roughness + source */
103 <                dtmp = np->alpha2 + omega/(2.0*PI);
102 >                                                /* roughness */
103 >                dtmp = np->alpha2;
104 >                                                /* + source if flat */
105 >                if (np->specfl & SP_FLAT)
106 >                        dtmp += omega/(4.0*PI);
107 >                                                /* half vector */
108 >                vtmp[0] = ldir[0] - np->rp->rdir[0];
109 >                vtmp[1] = ldir[1] - np->rp->rdir[1];
110 >                vtmp[2] = ldir[2] - np->rp->rdir[2];
111 >                d2 = DOT(vtmp, np->pnorm);
112 >                d2 *= d2;
113 >                d2 = (DOT(vtmp,vtmp) - d2) / d2;
114                                                  /* gaussian */
115 <                dtmp = exp((DOT(np->vrefl,ldir)-1.)/dtmp)/(2.*PI)/dtmp;
115 >                dtmp = exp(-d2/dtmp)/(4.*PI*dtmp);
116                                                  /* worth using? */
117                  if (dtmp > FTINY) {
118                          copycolor(ctmp, np->scolor);
119 <                        dtmp *= omega;
119 >                        dtmp *= omega * sqrt(ldot/np->pdot);
120                          scalecolor(ctmp, dtmp);
121                          addcolor(cval, ctmp);
122                  }
# Line 105 | Line 130 | double  omega;                 /* light source size */
130                  scalecolor(ctmp, dtmp);
131                  addcolor(cval, ctmp);
132          }
133 <        if (ldot < -FTINY && np->tspec > FTINY && np->alpha2 > FTINY) {
133 >        if (ldot < -FTINY && (np->specfl&(SP_TRAN|SP_PURE)) == SP_TRAN) {
134                  /*
135                   *  Compute specular transmission.  Specular transmission
136 <                 *  is unaffected by material color.
136 >                 *  is always modified by material color.
137                   */
138                                                  /* roughness + source */
139 <                dtmp = np->alpha2 + omega/(2.0*PI);
139 >                dtmp = np->alpha2 + omega/PI;
140                                                  /* gaussian */
141 <                dtmp = exp((DOT(np->pr->rdir,ldir)-1.)/dtmp)/(2.*PI)/dtmp;
141 >                dtmp = exp((2.*DOT(np->prdir,ldir)-2.)/dtmp)/(PI*dtmp);
142                                                  /* worth using? */
143                  if (dtmp > FTINY) {
144 <                        dtmp *= np->tspec * omega;
145 <                        setcolor(ctmp, dtmp, dtmp, dtmp);
144 >                        copycolor(ctmp, np->mcolor);
145 >                        dtmp *= np->tspec * omega * sqrt(-ldot/np->pdot);
146 >                        scalecolor(ctmp, dtmp);
147                          addcolor(cval, ctmp);
148                  }
149          }
150   }
151  
152  
153 < m_normal(m, r)                  /* color a ray which hit something normal */
153 > m_normal(m, r)                  /* color a ray that hit something normal */
154   register OBJREC  *m;
155   register RAY  *r;
156   {
# Line 133 | Line 159 | register RAY  *r;
159          double  dtmp;
160          COLOR  ctmp;
161          register int  i;
136
137        if (m->oargs.nfargs != (m->otype == MAT_TRANS ? 7 : 5))
138                objerror(m, USER, "bad # arguments");
162                                                  /* easy shadow test */
163          if (r->crtype & SHADOW && m->otype != MAT_TRANS)
164                  return;
165 +
166 +        if (m->oargs.nfargs != (m->otype == MAT_TRANS ? 7 : 5))
167 +                objerror(m, USER, "bad number of arguments");
168          nd.mp = m;
169 <        nd.pr = r;
169 >        nd.rp = r;
170                                                  /* get material color */
171          setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
172                             m->oargs.farg[1],
173                             m->oargs.farg[2]);
174                                                  /* get roughness */
175 +        nd.specfl = 0;
176          nd.alpha2 = m->oargs.farg[4];
177 <        nd.alpha2 *= 2.0 * nd.alpha2;
177 >        if ((nd.alpha2 *= nd.alpha2) <= FTINY)
178 >                nd.specfl |= SP_PURE;
179                                                  /* reorient if necessary */
180          if (r->rod < 0.0)
181                  flipsurface(r);
182                                                  /* get modifiers */
183          raytexture(r, m->omod);
184          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
185 +        if (nd.pdot < .001)
186 +                nd.pdot = .001;                 /* non-zero for dirnorm() */
187          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
188          transtest = 0;
189                                                  /* get specular component */
190 <        nd.rspec = m->oargs.farg[3];
191 <
162 <        if (nd.rspec > FTINY) {                 /* has specular component */
190 >        if ((nd.rspec = m->oargs.farg[3]) > FTINY) {
191 >                nd.specfl |= SP_REFL;
192                                                  /* compute specular color */
193                  if (m->otype == MAT_METAL)
194                          copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
# Line 171 | Line 200 | register RAY  *r;
200                  for (i = 0; i < 3; i++)
201                          colval(nd.scolor,i) += (1.0-colval(nd.scolor,i))*dtmp;
202                  nd.rspec += (1.0-nd.rspec)*dtmp;
203 +                                                /* check threshold */
204 +                if (!(nd.specfl & SP_PURE) &&
205 +                                specthresh > FTINY &&
206 +                                (specthresh >= 1.-FTINY ||
207 +                                specthresh + .05 - .1*frandom() > nd.rspec))
208 +                        nd.specfl |= SP_RBLT;
209                                                  /* compute reflected ray */
210                  for (i = 0; i < 3; i++)
211                          nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
212 +                if (DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)     /* penetration? */
213 +                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
214 +                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
215  
216 <                if (nd.alpha2 <= FTINY && !(r->crtype & SHADOW)) {
216 >                if (!(r->crtype & SHADOW) && nd.specfl & SP_PURE) {
217                          RAY  lr;
218                          if (rayorigin(&lr, r, REFLECTED, nd.rspec) == 0) {
219                                  VCOPY(lr.rdir, nd.vrefl);
# Line 190 | Line 228 | register RAY  *r;
228                  nd.trans = m->oargs.farg[5]*(1.0 - nd.rspec);
229                  nd.tspec = nd.trans * m->oargs.farg[6];
230                  nd.tdiff = nd.trans - nd.tspec;
231 +                if (nd.tspec > FTINY) {
232 +                        nd.specfl |= SP_TRAN;
233 +                                                        /* check threshold */
234 +                        if (!(nd.specfl & SP_PURE) && specthresh > FTINY &&
235 +                                        (specthresh >= 1.-FTINY ||
236 +                                specthresh + .05 - .1*frandom() > nd.tspec))
237 +                                nd.specfl |= SP_TBLT;
238 +                        if (r->crtype & SHADOW ||
239 +                                        DOT(r->pert,r->pert) <= FTINY*FTINY) {
240 +                                VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
241 +                                transtest = 2;
242 +                        } else {
243 +                                for (i = 0; i < 3; i++)         /* perturb */
244 +                                        nd.prdir[i] = r->rdir[i] - r->pert[i];
245 +                                if (DOT(nd.prdir, r->ron) < -FTINY)
246 +                                        normalize(nd.prdir);    /* OK */
247 +                                else
248 +                                        VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
249 +                        }
250 +                }
251          } else
252                  nd.tdiff = nd.tspec = nd.trans = 0.0;
253                                                  /* transmitted ray */
254 <        if (nd.tspec > FTINY && nd.alpha2 <= FTINY) {
254 >        if ((nd.specfl&(SP_TRAN|SP_PURE)) == (SP_TRAN|SP_PURE)) {
255                  RAY  lr;
256                  if (rayorigin(&lr, r, TRANS, nd.tspec) == 0) {
257 <                        if (!(r->crtype & SHADOW) &&
200 <                                        DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY) {
201 <                                for (i = 0; i < 3; i++) /* perturb direction */
202 <                                        lr.rdir[i] = r->rdir[i] -
203 <                                                        .75*r->pert[i];
204 <                                normalize(lr.rdir);
205 <                        } else {
206 <                                VCOPY(lr.rdir, r->rdir);
207 <                                transtest = 2;
208 <                        }
257 >                        VCOPY(lr.rdir, nd.prdir);
258                          rayvalue(&lr);
259                          scalecolor(lr.rcol, nd.tspec);
260                          multcolor(lr.rcol, nd.mcolor);  /* modified by color */
# Line 213 | Line 262 | register RAY  *r;
262                          transtest *= bright(lr.rcol);
263                          transdist = r->rot + lr.rt;
264                  }
265 <        }
265 >        } else
266 >                transtest = 0;
267 >
268          if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
269                  return;
270                                                  /* diffuse reflection */
271          nd.rdiff = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
272  
273 <        if (nd.rdiff <= FTINY && nd.tdiff <= FTINY && nd.alpha2 <= FTINY)
274 <                return;                         /* purely specular */
273 >        if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rdiff <= FTINY && nd.tdiff <= FTINY)
274 >                return;                         /* 100% pure specular */
275  
276 +        if (r->ro != NULL && (r->ro->otype == OBJ_FACE ||
277 +                        r->ro->otype == OBJ_RING))
278 +                nd.specfl |= SP_FLAT;
279 +
280 +        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN) && !(nd.specfl & SP_PURE))
281 +                gaussamp(r, &nd);
282 +
283          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
284                  ambient(ctmp, r);
285 <                if (nd.alpha2 <= FTINY)
228 <                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
229 <                else
285 >                if (nd.specfl & SP_RBLT)
286                          scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
287 +                else
288 +                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
289                  multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
290                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
291          }
292          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
293                  flipsurface(r);
294                  ambient(ctmp, r);
295 <                if (nd.alpha2 <= FTINY)
238 <                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
239 <                else
295 >                if (nd.specfl & SP_TBLT)
296                          scalecolor(ctmp, nd.trans);
297 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);
297 >                else
298 >                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
299 >                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
300                  addcolor(r->rcol, ctmp);
301                  flipsurface(r);
302          }
# Line 247 | Line 305 | register RAY  *r;
305                                          /* check distance */
306          if (transtest > bright(r->rcol))
307                  r->rt = transdist;
308 + }
309 +
310 +
311 + static
312 + gaussamp(r, np)                 /* sample gaussian specular */
313 + RAY  *r;
314 + register NORMDAT  *np;
315 + {
316 +        RAY  sr;
317 +        FVECT  u, v, h;
318 +        double  rv[2];
319 +        double  d, sinp, cosp;
320 +        register int  i;
321 +                                        /* quick test */
322 +        if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) != SP_REFL &&
323 +                        (np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) != SP_TRAN)
324 +                return;
325 +                                        /* set up sample coordinates */
326 +        v[0] = v[1] = v[2] = 0.0;
327 +        for (i = 0; i < 3; i++)
328 +                if (np->pnorm[i] < 0.6 && np->pnorm[i] > -0.6)
329 +                        break;
330 +        v[i] = 1.0;
331 +        fcross(u, v, np->pnorm);
332 +        normalize(u);
333 +        fcross(v, np->pnorm, u);
334 +                                        /* compute reflection */
335 +        if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
336 +                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
337 +                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
338 +                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
339 +                multisamp(rv, 2, d);
340 +                d = 2.0*PI * rv[0];
341 +                cosp = cos(d);
342 +                sinp = sin(d);
343 +                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
344 +                if (rv[1] <= FTINY)
345 +                        d = 1.0;
346 +                else
347 +                        d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
348 +                for (i = 0; i < 3; i++)
349 +                        h[i] = np->pnorm[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
350 +                d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
351 +                for (i = 0; i < 3; i++)
352 +                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
353 +                if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)
354 +                        VCOPY(sr.rdir, np->vrefl);      /* jitter no good */
355 +                rayvalue(&sr);
356 +                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
357 +                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
358 +                ndims--;
359 +        }
360 +                                        /* compute transmission */
361 +        if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
362 +                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
363 +                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
364 +                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
365 +                multisamp(rv, 2, d);
366 +                d = 2.0*PI * rv[0];
367 +                cosp = cos(d);
368 +                sinp = sin(d);
369 +                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
370 +                if (rv[1] <= FTINY)
371 +                        d = 1.0;
372 +                else
373 +                        d = sqrt( -log(rv[1]) * np->alpha2 );
374 +                for (i = 0; i < 3; i++)
375 +                        sr.rdir[i] = np->prdir[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
376 +                if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY)
377 +                        normalize(sr.rdir);             /* OK, normalize */
378 +                else
379 +                        VCOPY(sr.rdir, np->prdir);      /* else no jitter */
380 +                rayvalue(&sr);
381 +                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
382 +                multcolor(sr.rcol, np->mcolor);         /* modified by color */
383 +                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
384 +                ndims--;
385 +        }
386   }

Diff Legend

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+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines