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

Comparing ray/src/rt/normal.c (file contents):
Revision 1.5 by greg, Tue Mar 27 11:40:02 1990 UTC vs.
Revision 2.21 by greg, Wed May 20 14:23:47 1992 UTC

# Line 1 | Line 1
1 < /* Copyright (c) 1986 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   /*
27   *      This routine uses portions of the reflection
28   *  model described by Cook and Torrance.
# 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 >                                                /* delta */
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 = 2.0 - 2.0*d2/sqrt(DOT(vtmp,vtmp));
113                                                  /* gaussian */
114 <                dtmp = exp((DOT(np->vrefl,ldir)-1.)/dtmp)/(2.*PI)/dtmp;
114 >                dtmp = exp(-d2/dtmp)/(4.*PI*dtmp);
115                                                  /* worth using? */
116                  if (dtmp > FTINY) {
117                          copycolor(ctmp, np->scolor);
118 <                        dtmp *= omega;
118 >                        dtmp *= omega * sqrt(ldot/np->pdot);
119                          scalecolor(ctmp, dtmp);
120                          addcolor(cval, ctmp);
121                  }
# Line 105 | Line 129 | double  omega;                 /* light source size */
129                  scalecolor(ctmp, dtmp);
130                  addcolor(cval, ctmp);
131          }
132 <        if (ldot < -FTINY && np->tspec > FTINY && np->alpha2 > FTINY) {
132 >        if (ldot < -FTINY && (np->specfl&(SP_TRAN|SP_PURE)) == SP_TRAN) {
133                  /*
134                   *  Compute specular transmission.  Specular transmission
135 <                 *  is unaffected by material color.
135 >                 *  is always modified by material color.
136                   */
137                                                  /* roughness + source */
138 <                dtmp = np->alpha2 + omega/(2.0*PI);
138 >                dtmp = np->alpha2 + omega/PI;
139                                                  /* gaussian */
140 <                dtmp = exp((DOT(np->pr->rdir,ldir)-1.)/dtmp)/(2.*PI)/dtmp;
140 >                dtmp = exp((2.*DOT(np->prdir,ldir)-2.)/dtmp)/(PI*dtmp);
141                                                  /* worth using? */
142                  if (dtmp > FTINY) {
143 <                        dtmp *= np->tspec * omega;
144 <                        setcolor(ctmp, dtmp, dtmp, dtmp);
143 >                        copycolor(ctmp, np->mcolor);
144 >                        dtmp *= np->tspec * omega * sqrt(-ldot/np->pdot);
145 >                        scalecolor(ctmp, dtmp);
146                          addcolor(cval, ctmp);
147                  }
148          }
149   }
150  
151  
152 < m_normal(m, r)                  /* color a ray which hit something normal */
152 > m_normal(m, r)                  /* color a ray that hit something normal */
153   register OBJREC  *m;
154   register RAY  *r;
155   {
156          NORMDAT  nd;
157 <        double  ldot;
133 <        double  omega;
157 >        double  transtest, transdist;
158          double  dtmp;
159          COLOR  ctmp;
160          register int  i;
137
138        if (m->oargs.nfargs != (m->otype == MAT_TRANS ? 7 : 5))
139                objerror(m, USER, "bad # arguments");
161                                                  /* easy shadow test */
162          if (r->crtype & SHADOW && m->otype != MAT_TRANS)
163                  return;
164 +
165 +        if (m->oargs.nfargs != (m->otype == MAT_TRANS ? 7 : 5))
166 +                objerror(m, USER, "bad number of arguments");
167          nd.mp = m;
168 <        nd.pr = r;
168 >        nd.rp = r;
169                                                  /* get material color */
170          setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
171                             m->oargs.farg[1],
172                             m->oargs.farg[2]);
173                                                  /* get roughness */
174 +        nd.specfl = 0;
175          nd.alpha2 = m->oargs.farg[4];
176 <        nd.alpha2 *= 2.0 * nd.alpha2;
176 >        if ((nd.alpha2 *= nd.alpha2) <= FTINY)
177 >                nd.specfl |= SP_PURE;
178                                                  /* reorient if necessary */
179          if (r->rod < 0.0)
180                  flipsurface(r);
181                                                  /* get modifiers */
182          raytexture(r, m->omod);
183          nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
184 +        if (nd.pdot < .001)
185 +                nd.pdot = .001;                 /* non-zero for dirnorm() */
186          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
187 <        r->rt = r->rot;                         /* default ray length */
187 >        transtest = 0;
188                                                  /* get specular component */
189 <        nd.rspec = m->oargs.farg[3];
190 <
163 <        if (nd.rspec > FTINY) {                 /* has specular component */
189 >        if ((nd.rspec = m->oargs.farg[3]) > FTINY) {
190 >                nd.specfl |= SP_REFL;
191                                                  /* compute specular color */
192                  if (m->otype == MAT_METAL)
193                          copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
# Line 172 | Line 199 | register RAY  *r;
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 (nd.alpha2 <= FTINY && !(r->crtype & SHADOW)) {
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);
186                                if (nd.rspec > 0.5 && m->omod == OVOID)
187                                        r->rt = r->rot + lr.rt;
222                          }
223                  }
224          }
# Line 193 | Line 227 | register RAY  *r;
227                  nd.trans = m->oargs.farg[5]*(1.0 - nd.rspec);
228                  nd.tspec = nd.trans * m->oargs.farg[6];
229                  nd.tdiff = nd.trans - nd.tspec;
230 +                if (nd.tspec > FTINY) {
231 +                        nd.specfl |= SP_TRAN;
232 +                                                        /* check threshold */
233 +                        if (!(nd.specfl & SP_PURE) && specthresh > FTINY &&
234 +                                        (specthresh >= 1.-FTINY ||
235 +                                specthresh + .05 - .1*frandom() > nd.tspec))
236 +                                nd.specfl |= SP_TBLT;
237 +                        if (r->crtype & SHADOW ||
238 +                                        DOT(r->pert,r->pert) <= FTINY*FTINY) {
239 +                                VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
240 +                                transtest = 2;
241 +                        } else {
242 +                                for (i = 0; i < 3; i++)         /* perturb */
243 +                                        nd.prdir[i] = r->rdir[i] - r->pert[i];
244 +                                if (DOT(nd.prdir, r->ron) < -FTINY)
245 +                                        normalize(nd.prdir);    /* OK */
246 +                                else
247 +                                        VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
248 +                        }
249 +                }
250          } else
251                  nd.tdiff = nd.tspec = nd.trans = 0.0;
252                                                  /* transmitted ray */
253 <        if (nd.tspec > FTINY && nd.alpha2 <= FTINY) {
253 >        if ((nd.specfl&(SP_TRAN|SP_PURE)) == (SP_TRAN|SP_PURE)) {
254                  RAY  lr;
255                  if (rayorigin(&lr, r, TRANS, nd.tspec) == 0) {
256 <                        VCOPY(lr.rdir, r->rdir);
256 >                        VCOPY(lr.rdir, nd.prdir);
257                          rayvalue(&lr);
258                          scalecolor(lr.rcol, nd.tspec);
259 +                        multcolor(lr.rcol, nd.mcolor);  /* modified by color */
260                          addcolor(r->rcol, lr.rcol);
261 <                        if (nd.tspec > .5)
262 <                                r->rt = r->rot + lr.rt;
261 >                        transtest *= bright(lr.rcol);
262 >                        transdist = r->rot + lr.rt;
263                  }
264 <        }
264 >        } else
265 >                transtest = 0;
266 >
267          if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
268                  return;
269                                                  /* diffuse reflection */
270          nd.rdiff = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
271  
272 <        if (nd.rdiff <= FTINY && nd.tdiff <= FTINY && nd.alpha2 <= FTINY)
273 <                return;                         /* purely specular */
272 >        if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rdiff <= FTINY && nd.tdiff <= FTINY)
273 >                return;                         /* 100% pure specular */
274  
275 +        if (r->ro != NULL && (r->ro->otype == OBJ_FACE ||
276 +                        r->ro->otype == OBJ_RING))
277 +                nd.specfl |= SP_FLAT;
278 +
279 +        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN) && !(nd.specfl & SP_PURE))
280 +                gaussamp(r, &nd);
281 +
282          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
283                  ambient(ctmp, r);
284 <                if (nd.alpha2 <= FTINY)
221 <                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
222 <                else
284 >                if (nd.specfl & SP_RBLT)
285                          scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
286 +                else
287 +                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
288                  multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
289                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
290          }
291          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
292                  flipsurface(r);
293                  ambient(ctmp, r);
294 <                if (nd.alpha2 <= FTINY)
231 <                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
232 <                else
294 >                if (nd.specfl & SP_TBLT)
295                          scalecolor(ctmp, nd.trans);
296 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);
296 >                else
297 >                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
298 >                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
299                  addcolor(r->rcol, ctmp);
300                  flipsurface(r);
301          }
302                                          /* add direct component */
303          direct(r, dirnorm, &nd);
304 +                                        /* check distance */
305 +        if (transtest > bright(r->rcol))
306 +                r->rt = transdist;
307 + }
308 +
309 +
310 + static
311 + gaussamp(r, np)                 /* sample gaussian specular */
312 + RAY  *r;
313 + register NORMDAT  *np;
314 + {
315 +        RAY  sr;
316 +        FVECT  u, v, h;
317 +        double  rv[2];
318 +        double  d, sinp, cosp;
319 +        register int  i;
320 +                                        /* quick test */
321 +        if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) != SP_REFL &&
322 +                        (np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) != SP_TRAN)
323 +                return;
324 +                                        /* set up sample coordinates */
325 +        v[0] = v[1] = v[2] = 0.0;
326 +        for (i = 0; i < 3; i++)
327 +                if (np->pnorm[i] < 0.6 && np->pnorm[i] > -0.6)
328 +                        break;
329 +        v[i] = 1.0;
330 +        fcross(u, v, np->pnorm);
331 +        normalize(u);
332 +        fcross(v, np->pnorm, u);
333 +                                        /* compute reflection */
334 +        if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
335 +                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
336 +                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
337 +                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
338 +                multisamp(rv, 2, d);
339 +                d = 2.0*PI * rv[0];
340 +                cosp = cos(d);
341 +                sinp = sin(d);
342 +                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
343 +                if (rv[1] <= FTINY)
344 +                        d = 1.0;
345 +                else
346 +                        d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
347 +                for (i = 0; i < 3; i++)
348 +                        h[i] = np->pnorm[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
349 +                d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
350 +                for (i = 0; i < 3; i++)
351 +                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
352 +                if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)
353 +                        VCOPY(sr.rdir, np->vrefl);      /* jitter no good */
354 +                rayvalue(&sr);
355 +                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
356 +                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
357 +                ndims--;
358 +        }
359 +                                        /* compute transmission */
360 +        if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
361 +                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
362 +                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
363 +                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
364 +                multisamp(rv, 2, d);
365 +                d = 2.0*PI * rv[0];
366 +                cosp = cos(d);
367 +                sinp = sin(d);
368 +                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
369 +                if (rv[1] <= FTINY)
370 +                        d = 1.0;
371 +                else
372 +                        d = sqrt( -log(rv[1]) * np->alpha2 );
373 +                for (i = 0; i < 3; i++)
374 +                        sr.rdir[i] = np->prdir[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
375 +                if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY)
376 +                        normalize(sr.rdir);             /* OK, normalize */
377 +                else
378 +                        VCOPY(sr.rdir, np->prdir);      /* else no jitter */
379 +                rayvalue(&sr);
380 +                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
381 +                multcolor(sr.rcol, np->mcolor);         /* modified by color */
382 +                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
383 +                ndims--;
384 +        }
385   }

Diff Legend

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+ Added lines
< Changed lines
> Changed lines