ViewVC Help
View File | Revision Log | Show Annotations | Download File | Root Listing
root/radiance/ray/src/rt/normal.c
(Generate patch)

Comparing ray/src/rt/normal.c (file contents):
Revision 2.18 by greg, Fri May 15 13:07:55 1992 UTC vs.
Revision 2.46 by greg, Thu Aug 28 03:22:16 2003 UTC

# Line 1 | Line 1
1 – /* Copyright (c) 1992 Regents of the University of California */
2 –
1   #ifndef lint
2 < static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
2 > static const char RCSid[] = "$Id$";
3   #endif
6 –
4   /*
5   *  normal.c - shading function for normal materials.
6   *
# Line 14 | Line 11 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
11   *     Later changes described in delta comments.
12   */
13  
14 + #include "copyright.h"
15 +
16   #include  "ray.h"
17  
18 + #include  "ambient.h"
19 +
20   #include  "otypes.h"
21  
22   #include  "random.h"
23  
24 < extern double  specthresh;              /* specular sampling threshold */
25 < extern double  specjitter;              /* specular sampling jitter */
24 > #ifndef  MAXITER
25 > #define  MAXITER        10              /* maximum # specular ray attempts */
26 > #endif
27 >                                        /* estimate of Fresnel function */
28 > #define  FRESNE(ci)     (exp(-5.85*(ci)) - 0.00287989916)
29  
30 + static void  gaussamp();
31 +
32   /*
33 < *      This routine uses portions of the reflection
34 < *  model described by Cook and Torrance.
29 < *      The computation of specular components has been simplified by
30 < *  numerous approximations and ommisions to improve speed.
33 > *      This routine implements the isotropic Gaussian
34 > *  model described by Ward in Siggraph `92 article.
35   *      We orient the surface towards the incoming ray, so a single
36   *  surface can be used to represent an infinitely thin object.
37   *
# Line 38 | Line 42 | extern double  specjitter;             /* specular sampling jitte
42   *      red     grn     blu     rspec   rough   trans   tspec
43   */
44  
41 – #define  BSPEC(m)       (6.0)           /* specularity parameter b */
42 –
45                                  /* specularity flags */
46   #define  SP_REFL        01              /* has reflected specular component */
47   #define  SP_TRAN        02              /* has transmitted specular */
# Line 65 | Line 67 | typedef struct {
67   }  NORMDAT;             /* normal material data */
68  
69  
70 + static void
71   dirnorm(cval, np, ldir, omega)          /* compute source contribution */
72   COLOR  cval;                    /* returned coefficient */
73   register NORMDAT  *np;          /* material data */
# Line 72 | Line 75 | FVECT  ldir;                   /* light source direction */
75   double  omega;                  /* light source size */
76   {
77          double  ldot;
78 +        double  ldiff;
79          double  dtmp, d2;
80          FVECT  vtmp;
81          COLOR  ctmp;
# Line 83 | Line 87 | double  omega;                 /* light source size */
87          if (ldot < 0.0 ? np->trans <= FTINY : np->trans >= 1.0-FTINY)
88                  return;         /* wrong side */
89  
90 <        if (ldot > FTINY && np->rdiff > FTINY) {
90 >                                /* Fresnel estimate */
91 >        ldiff = np->rdiff;
92 >        if (np->specfl & SP_PURE && (np->rspec > FTINY) & (ldiff > FTINY))
93 >                ldiff *= 1. - FRESNE(fabs(ldot));
94 >
95 >        if (ldot > FTINY && ldiff > FTINY) {
96                  /*
97                   *  Compute and add diffuse reflected component to returned
98                   *  color.  The diffuse reflected component will always be
99                   *  modified by the color of the material.
100                   */
101                  copycolor(ctmp, np->mcolor);
102 <                dtmp = ldot * omega * np->rdiff / PI;
102 >                dtmp = ldot * omega * ldiff / PI;
103                  scalecolor(ctmp, dtmp);
104                  addcolor(cval, ctmp);
105          }
# Line 104 | Line 113 | double  omega;                 /* light source size */
113                                                  /* + source if flat */
114                  if (np->specfl & SP_FLAT)
115                          dtmp += omega/(4.0*PI);
116 <                                                /* delta */
116 >                                                /* half vector */
117                  vtmp[0] = ldir[0] - np->rp->rdir[0];
118                  vtmp[1] = ldir[1] - np->rp->rdir[1];
119                  vtmp[2] = ldir[2] - np->rp->rdir[2];
120                  d2 = DOT(vtmp, np->pnorm);
121 <                d2 = 2.0 - 2.0*d2/sqrt(DOT(vtmp,vtmp));
121 >                d2 *= d2;
122 >                d2 = (DOT(vtmp,vtmp) - d2) / d2;
123                                                  /* gaussian */
124                  dtmp = exp(-d2/dtmp)/(4.*PI*dtmp);
125                                                  /* worth using? */
# Line 135 | Line 145 | double  omega;                 /* light source size */
145                   *  is always modified by material color.
146                   */
147                                                  /* roughness + source */
148 <                dtmp = np->alpha2/4.0 + omega/PI;
148 >                dtmp = np->alpha2 + omega/PI;
149                                                  /* gaussian */
150 <                dtmp = exp((2.*DOT(np->prdir,ldir)-2.)/dtmp)/(4.*PI*dtmp);
150 >                dtmp = exp((2.*DOT(np->prdir,ldir)-2.)/dtmp)/(PI*dtmp);
151                                                  /* worth using? */
152                  if (dtmp > FTINY) {
153                          copycolor(ctmp, np->mcolor);
# Line 149 | Line 159 | double  omega;                 /* light source size */
159   }
160  
161  
162 + int
163   m_normal(m, r)                  /* color a ray that hit something normal */
164   register OBJREC  *m;
165   register RAY  *r;
166   {
167          NORMDAT  nd;
168 +        double  fest;
169          double  transtest, transdist;
170 <        double  dtmp;
170 >        double  mirtest, mirdist;
171 >        int     hastexture;
172 >        double  d;
173          COLOR  ctmp;
174          register int  i;
175                                                  /* easy shadow test */
176          if (r->crtype & SHADOW && m->otype != MAT_TRANS)
177 <                return;
177 >                return(1);
178  
179          if (m->oargs.nfargs != (m->otype == MAT_TRANS ? 7 : 5))
180                  objerror(m, USER, "bad number of arguments");
181 +                                                /* check for back side */
182 +        if (r->rod < 0.0) {
183 +                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS) {
184 +                        raytrans(r);
185 +                        return(1);
186 +                }
187 +                raytexture(r, m->omod);
188 +                flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
189 +        } else
190 +                raytexture(r, m->omod);
191          nd.mp = m;
192          nd.rp = r;
193                                                  /* get material color */
# Line 175 | Line 199 | register RAY  *r;
199          nd.alpha2 = m->oargs.farg[4];
200          if ((nd.alpha2 *= nd.alpha2) <= FTINY)
201                  nd.specfl |= SP_PURE;
202 <                                                /* reorient if necessary */
203 <        if (r->rod < 0.0)
204 <                flipsurface(r);
205 <                                                /* get modifiers */
206 <        raytexture(r, m->omod);
207 <        nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
202 >
203 >        if ( (hastexture = (DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY)) ) {
204 >                nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
205 >        } else {
206 >                VCOPY(nd.pnorm, r->ron);
207 >                nd.pdot = r->rod;
208 >        }
209 >        if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
210 >                nd.specfl |= SP_FLAT;
211          if (nd.pdot < .001)
212                  nd.pdot = .001;                 /* non-zero for dirnorm() */
213          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
214 <        transtest = 0;
215 <                                                /* get specular component */
216 <        if ((nd.rspec = m->oargs.farg[3]) > FTINY) {
217 <                nd.specfl |= SP_REFL;
218 <                                                /* compute specular color */
219 <                if (m->otype == MAT_METAL)
220 <                        copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
221 <                else
222 <                        setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
196 <                scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
197 <                                                /* improved model */
198 <                dtmp = exp(-BSPEC(m)*nd.pdot);
199 <                for (i = 0; i < 3; i++)
200 <                        colval(nd.scolor,i) += (1.0-colval(nd.scolor,i))*dtmp;
201 <                nd.rspec += (1.0-nd.rspec)*dtmp;
202 <                                                /* check threshold */
203 <                if (!(nd.specfl & SP_PURE) &&
204 <                                specthresh > FTINY &&
205 <                                (specthresh >= 1.-FTINY ||
206 <                                specthresh + .05 - .1*frandom() > nd.rspec))
207 <                        nd.specfl |= SP_RBLT;
208 <                                                /* compute reflected ray */
209 <                for (i = 0; i < 3; i++)
210 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
211 <                if (DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)     /* penetration? */
212 <                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
213 <                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
214 <
215 <                if (!(r->crtype & SHADOW) && nd.specfl & SP_PURE) {
216 <                        RAY  lr;
217 <                        if (rayorigin(&lr, r, REFLECTED, nd.rspec) == 0) {
218 <                                VCOPY(lr.rdir, nd.vrefl);
219 <                                rayvalue(&lr);
220 <                                multcolor(lr.rcol, nd.scolor);
221 <                                addcolor(r->rcol, lr.rcol);
222 <                        }
223 <                }
224 <        }
214 >        mirtest = transtest = 0;
215 >        mirdist = transdist = r->rot;
216 >        nd.rspec = m->oargs.farg[3];
217 >                                                /* compute Fresnel approx. */
218 >        if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rspec > FTINY) {
219 >                fest = FRESNE(r->rod);
220 >                nd.rspec += fest*(1. - nd.rspec);
221 >        } else
222 >                fest = 0.;
223                                                  /* compute transmission */
224          if (m->otype == MAT_TRANS) {
225                  nd.trans = m->oargs.farg[5]*(1.0 - nd.rspec);
# Line 230 | Line 228 | register RAY  *r;
228                  if (nd.tspec > FTINY) {
229                          nd.specfl |= SP_TRAN;
230                                                          /* check threshold */
231 <                        if (!(nd.specfl & SP_PURE) && specthresh > FTINY &&
232 <                                        (specthresh >= 1.-FTINY ||
235 <                                specthresh + .05 - .1*frandom() > nd.tspec))
231 >                        if (!(nd.specfl & SP_PURE) &&
232 >                                        specthresh >= nd.tspec-FTINY)
233                                  nd.specfl |= SP_TBLT;
234 <                        if (r->crtype & SHADOW ||
238 <                                        DOT(r->pert,r->pert) <= FTINY*FTINY) {
234 >                        if (!hastexture || r->crtype & SHADOW) {
235                                  VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
236                                  transtest = 2;
237                          } else {
238                                  for (i = 0; i < 3; i++)         /* perturb */
239 <                                        nd.prdir[i] = r->rdir[i] -
244 <                                                        0.5*r->pert[i];
239 >                                        nd.prdir[i] = r->rdir[i] - r->pert[i];
240                                  if (DOT(nd.prdir, r->ron) < -FTINY)
241                                          normalize(nd.prdir);    /* OK */
242                                  else
# Line 251 | Line 246 | register RAY  *r;
246          } else
247                  nd.tdiff = nd.tspec = nd.trans = 0.0;
248                                                  /* transmitted ray */
249 <        if ((nd.specfl&(SP_TRAN|SP_PURE)) == (SP_TRAN|SP_PURE)) {
249 >        if ((nd.specfl&(SP_TRAN|SP_PURE|SP_TBLT)) == (SP_TRAN|SP_PURE)) {
250                  RAY  lr;
251                  if (rayorigin(&lr, r, TRANS, nd.tspec) == 0) {
252                          VCOPY(lr.rdir, nd.prdir);
# Line 265 | Line 260 | register RAY  *r;
260          } else
261                  transtest = 0;
262  
263 <        if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
264 <                return;
263 >        if (r->crtype & SHADOW) {               /* the rest is shadow */
264 >                r->rt = transdist;
265 >                return(1);
266 >        }
267 >                                                /* get specular reflection */
268 >        if (nd.rspec > FTINY) {
269 >                nd.specfl |= SP_REFL;
270 >                                                /* compute specular color */
271 >                if (m->otype != MAT_METAL) {
272 >                        setcolor(nd.scolor, nd.rspec, nd.rspec, nd.rspec);
273 >                } else if (fest > FTINY) {
274 >                        d = nd.rspec*(1. - fest);
275 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
276 >                                nd.scolor[i] = fest + nd.mcolor[i]*d;
277 >                } else {
278 >                        copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
279 >                        scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
280 >                }
281 >                                                /* check threshold */
282 >                if (!(nd.specfl & SP_PURE) && specthresh >= nd.rspec-FTINY)
283 >                        nd.specfl |= SP_RBLT;
284 >                                                /* compute reflected ray */
285 >                for (i = 0; i < 3; i++)
286 >                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*nd.pdot*nd.pnorm[i];
287 >                                                /* penetration? */
288 >                if (hastexture && DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)
289 >                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
290 >                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
291 >        }
292 >                                                /* reflected ray */
293 >        if ((nd.specfl&(SP_REFL|SP_PURE|SP_RBLT)) == (SP_REFL|SP_PURE)) {
294 >                RAY  lr;
295 >                if (rayorigin(&lr, r, REFLECTED, nd.rspec) == 0) {
296 >                        VCOPY(lr.rdir, nd.vrefl);
297 >                        rayvalue(&lr);
298 >                        multcolor(lr.rcol, nd.scolor);
299 >                        addcolor(r->rcol, lr.rcol);
300 >                        if (!hastexture && nd.specfl & SP_FLAT) {
301 >                                mirtest = 2.*bright(lr.rcol);
302 >                                mirdist = r->rot + lr.rt;
303 >                        }
304 >                }
305 >        }
306                                                  /* diffuse reflection */
307          nd.rdiff = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
308  
309          if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rdiff <= FTINY && nd.tdiff <= FTINY)
310 <                return;                         /* 100% pure specular */
310 >                return(1);                      /* 100% pure specular */
311  
312 <        if (r->ro != NULL && (r->ro->otype == OBJ_FACE ||
313 <                        r->ro->otype == OBJ_RING))
278 <                nd.specfl |= SP_FLAT;
312 >        if (!(nd.specfl & SP_PURE))
313 >                gaussamp(r, &nd);               /* checks *BLT flags */
314  
280 –        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN) && !(nd.specfl & SP_PURE))
281 –                gaussamp(r, &nd);
282 –
315          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
316 <                ambient(ctmp, r);
316 >                ambient(ctmp, r, hastexture?nd.pnorm:r->ron);
317                  if (nd.specfl & SP_RBLT)
318                          scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
319                  else
# Line 291 | Line 323 | register RAY  *r;
323          }
324          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
325                  flipsurface(r);
326 <                ambient(ctmp, r);
326 >                if (hastexture) {
327 >                        FVECT  bnorm;
328 >                        bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
329 >                        bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
330 >                        bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
331 >                        ambient(ctmp, r, bnorm);
332 >                } else
333 >                        ambient(ctmp, r, r->ron);
334                  if (nd.specfl & SP_TBLT)
335                          scalecolor(ctmp, nd.trans);
336                  else
# Line 303 | Line 342 | register RAY  *r;
342                                          /* add direct component */
343          direct(r, dirnorm, &nd);
344                                          /* check distance */
345 <        if (transtest > bright(r->rcol))
345 >        d = bright(r->rcol);
346 >        if (transtest > d)
347                  r->rt = transdist;
348 +        else if (mirtest > d)
349 +                r->rt = mirdist;
350 +
351 +        return(1);
352   }
353  
354  
355 < static
355 > static void
356   gaussamp(r, np)                 /* sample gaussian specular */
357   RAY  *r;
358   register NORMDAT  *np;
# Line 317 | Line 361 | register NORMDAT  *np;
361          FVECT  u, v, h;
362          double  rv[2];
363          double  d, sinp, cosp;
364 +        int  niter;
365          register int  i;
366                                          /* quick test */
367          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) != SP_REFL &&
# Line 335 | Line 380 | register NORMDAT  *np;
380          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
381                          rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
382                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
383 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
384 <                multisamp(rv, 2, d);
385 <                d = 2.0*PI * rv[0];
386 <                cosp = cos(d);
387 <                sinp = sin(d);
388 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
389 <                if (rv[1] <= FTINY)
390 <                        d = 1.0;
391 <                else
392 <                        d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
393 <                for (i = 0; i < 3; i++)
394 <                        h[i] = np->pnorm[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
395 <                d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
396 <                for (i = 0; i < 3; i++)
397 <                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
398 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)
399 <                        VCOPY(sr.rdir, np->vrefl);      /* jitter no good */
400 <                rayvalue(&sr);
401 <                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
402 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
383 >                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
384 >                        if (niter)
385 >                                d = frandom();
386 >                        else
387 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
388 >                        multisamp(rv, 2, d);
389 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
390 >                        cosp = tcos(d);
391 >                        sinp = tsin(d);
392 >                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
393 >                        if (rv[1] <= FTINY)
394 >                                d = 1.0;
395 >                        else
396 >                                d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
397 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
398 >                                h[i] = np->pnorm[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
399 >                        d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
400 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
401 >                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
402 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) > FTINY) {
403 >                                rayvalue(&sr);
404 >                                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
405 >                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
406 >                                break;
407 >                        }
408 >                }
409                  ndims--;
410          }
411                                          /* compute transmission */
412          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
413                          rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
414                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
415 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
416 <                multisamp(rv, 2, d);
417 <                d = 2.0*PI * rv[0];
418 <                cosp = cos(d);
419 <                sinp = sin(d);
420 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
421 <                if (rv[1] <= FTINY)
422 <                        d = 1.0;
423 <                else
424 <                        d = sqrt( np->alpha2/4.0 * -log(rv[1]) );
425 <                for (i = 0; i < 3; i++)
426 <                        sr.rdir[i] = np->prdir[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
427 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY)
428 <                        normalize(sr.rdir);             /* OK, normalize */
429 <                else
430 <                        VCOPY(sr.rdir, np->prdir);      /* else no jitter */
431 <                rayvalue(&sr);
432 <                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
433 <                multcolor(sr.rcol, np->mcolor);         /* modified by color */
434 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
415 >                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
416 >                        if (niter)
417 >                                d = frandom();
418 >                        else
419 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
420 >                        multisamp(rv, 2, d);
421 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
422 >                        cosp = tcos(d);
423 >                        sinp = tsin(d);
424 >                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
425 >                        if (rv[1] <= FTINY)
426 >                                d = 1.0;
427 >                        else
428 >                                d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
429 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
430 >                                sr.rdir[i] = np->prdir[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
431 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY) {
432 >                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
433 >                                rayvalue(&sr);
434 >                                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
435 >                                multcolor(sr.rcol, np->mcolor); /* modified */
436 >                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
437 >                                break;
438 >                        }
439 >                }
440                  ndims--;
441          }
442   }

Diff Legend

– Removed lines
+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines