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

Comparing ray/src/rt/normal.c (file contents):
Revision 2.5 by greg, Tue Jan 14 16:16:45 1992 UTC vs.
Revision 2.37 by gwlarson, Wed Dec 16 18:14:58 1998 UTC

# Line 1 | Line 1
1 < /* Copyright (c) 1992 Regents of the University of California */
1 > /* Copyright (c) 1998 Silicon Graphics, Inc. */
2  
3   #ifndef lint
4 < static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
4 > static char SCCSid[] = "$SunId$ SGI";
5   #endif
6  
7   /*
# Line 23 | Line 23 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
23   extern double  specthresh;              /* specular sampling threshold */
24   extern double  specjitter;              /* specular sampling jitter */
25  
26 + extern int  backvis;                    /* back faces visible? */
27 +
28 + #ifndef  MAXITER
29 + #define  MAXITER        10              /* maximum # specular ray attempts */
30 + #endif
31 +
32 + static  gaussamp();
33 +
34   /*
35 < *      This routine uses portions of the reflection
36 < *  model described by Cook and Torrance.
29 < *      The computation of specular components has been simplified by
30 < *  numerous approximations and ommisions to improve speed.
35 > *      This routine implements the isotropic Gaussian
36 > *  model described by Ward in Siggraph `92 article.
37   *      We orient the surface towards the incoming ray, so a single
38   *  surface can be used to represent an infinitely thin object.
39   *
# Line 38 | Line 44 | extern double  specjitter;             /* specular sampling jitte
44   *      red     grn     blu     rspec   rough   trans   tspec
45   */
46  
41 – #define  BSPEC(m)       (6.0)           /* specularity parameter b */
42 –
47                                  /* specularity flags */
48   #define  SP_REFL        01              /* has reflected specular component */
49   #define  SP_TRAN        02              /* has transmitted specular */
50 < #define  SP_PURE        010             /* purely specular (zero roughness) */
51 < #define  SP_FLAT        020             /* flat reflecting surface */
52 < #define  SP_RBLT        040             /* reflection below sample threshold */
53 < #define  SP_TBLT        0100            /* transmission below threshold */
50 > #define  SP_PURE        04              /* purely specular (zero roughness) */
51 > #define  SP_FLAT        010             /* flat reflecting surface */
52 > #define  SP_RBLT        020             /* reflection below sample threshold */
53 > #define  SP_TBLT        040             /* transmission below threshold */
54  
55   typedef struct {
56          OBJREC  *mp;            /* material pointer */
57 +        RAY  *rp;               /* ray pointer */
58          short  specfl;          /* specularity flags, defined above */
59          COLOR  mcolor;          /* color of this material */
60          COLOR  scolor;          /* color of specular component */
# Line 71 | Line 76 | FVECT  ldir;                   /* light source direction */
76   double  omega;                  /* light source size */
77   {
78          double  ldot;
79 <        double  dtmp;
80 <        int     i;
79 >        double  dtmp, d2;
80 >        FVECT  vtmp;
81          COLOR  ctmp;
82  
83          setcolor(cval, 0.0, 0.0, 0.0);
# Line 99 | Line 104 | double  omega;                 /* light source size */
104                   *  gaussian distribution model.
105                   */
106                                                  /* roughness */
107 <                dtmp = 2.0*np->alpha2;
107 >                dtmp = np->alpha2;
108                                                  /* + source if flat */
109                  if (np->specfl & SP_FLAT)
110 <                        dtmp += omega/(2.0*PI);
110 >                        dtmp += omega/(4.0*PI);
111 >                                                /* half vector */
112 >                vtmp[0] = ldir[0] - np->rp->rdir[0];
113 >                vtmp[1] = ldir[1] - np->rp->rdir[1];
114 >                vtmp[2] = ldir[2] - np->rp->rdir[2];
115 >                d2 = DOT(vtmp, np->pnorm);
116 >                d2 *= d2;
117 >                d2 = (DOT(vtmp,vtmp) - d2) / d2;
118                                                  /* gaussian */
119 <                dtmp = exp((DOT(np->vrefl,ldir)-1.)/dtmp)/(2.*PI)/dtmp;
119 >                dtmp = exp(-d2/dtmp)/(4.*PI*dtmp);
120                                                  /* worth using? */
121                  if (dtmp > FTINY) {
122                          copycolor(ctmp, np->scolor);
123 <                        dtmp *= omega / np->pdot;
123 >                        dtmp *= omega * sqrt(ldot/np->pdot);
124                          scalecolor(ctmp, dtmp);
125                          addcolor(cval, ctmp);
126                  }
# Line 128 | Line 140 | double  omega;                 /* light source size */
140                   *  is always modified by material color.
141                   */
142                                                  /* roughness + source */
143 <                dtmp = np->alpha2 + omega/(2.0*PI);
143 >                dtmp = np->alpha2 + omega/PI;
144                                                  /* gaussian */
145 <                dtmp = exp((DOT(np->prdir,ldir)-1.)/dtmp)/(2.*PI)/dtmp;
145 >                dtmp = exp((2.*DOT(np->prdir,ldir)-2.)/dtmp)/(PI*dtmp);
146                                                  /* worth using? */
147                  if (dtmp > FTINY) {
148                          copycolor(ctmp, np->mcolor);
149 <                        dtmp *= np->tspec * omega / np->pdot;
149 >                        dtmp *= np->tspec * omega * sqrt(-ldot/np->pdot);
150                          scalecolor(ctmp, dtmp);
151                          addcolor(cval, ctmp);
152                  }
# Line 148 | Line 160 | register RAY  *r;
160   {
161          NORMDAT  nd;
162          double  transtest, transdist;
163 <        double  dtmp;
163 >        double  mirtest, mirdist;
164 >        int     hastexture;
165 >        double  d;
166          COLOR  ctmp;
167          register int  i;
168                                                  /* easy shadow test */
169          if (r->crtype & SHADOW && m->otype != MAT_TRANS)
170 <                return;
170 >                return(1);
171  
172          if (m->oargs.nfargs != (m->otype == MAT_TRANS ? 7 : 5))
173                  objerror(m, USER, "bad number of arguments");
174 +                                                /* check for back side */
175 +        if (r->rod < 0.0) {
176 +                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS) {
177 +                        raytrans(r);
178 +                        return(1);
179 +                }
180 +                flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
181 +        }
182          nd.mp = m;
183 +        nd.rp = r;
184                                                  /* get material color */
185          setcolor(nd.mcolor, m->oargs.farg[0],
186                             m->oargs.farg[1],
# Line 167 | Line 190 | register RAY  *r;
190          nd.alpha2 = m->oargs.farg[4];
191          if ((nd.alpha2 *= nd.alpha2) <= FTINY)
192                  nd.specfl |= SP_PURE;
193 <                                                /* reorient if necessary */
194 <        if (r->rod < 0.0)
172 <                flipsurface(r);
193 >        if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
194 >                nd.specfl |= SP_FLAT;
195                                                  /* get modifiers */
196          raytexture(r, m->omod);
197 <        nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
197 >        if (hastexture = DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY)
198 >                nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
199 >        else {
200 >                VCOPY(nd.pnorm, r->ron);
201 >                nd.pdot = r->rod;
202 >        }
203          if (nd.pdot < .001)
204                  nd.pdot = .001;                 /* non-zero for dirnorm() */
205          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
206 <        transtest = 0;
207 <                                                /* get specular component */
208 <        if ((nd.rspec = m->oargs.farg[3]) > FTINY) {
182 <                nd.specfl |= SP_REFL;
183 <                                                /* compute specular color */
184 <                if (m->otype == MAT_METAL)
185 <                        copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
186 <                else
187 <                        setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
188 <                scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
189 <                                                /* improved model */
190 <                dtmp = exp(-BSPEC(m)*nd.pdot);
191 <                for (i = 0; i < 3; i++)
192 <                        colval(nd.scolor,i) += (1.0-colval(nd.scolor,i))*dtmp;
193 <                nd.rspec += (1.0-nd.rspec)*dtmp;
194 <                                                /* check threshold */
195 <                if (nd.rspec <= specthresh+FTINY)
196 <                        nd.specfl |= SP_RBLT;
197 <                                                /* compute reflected ray */
198 <                for (i = 0; i < 3; i++)
199 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
200 <
201 <                if (!(r->crtype & SHADOW) && nd.specfl & SP_PURE) {
202 <                        RAY  lr;
203 <                        if (rayorigin(&lr, r, REFLECTED, nd.rspec) == 0) {
204 <                                VCOPY(lr.rdir, nd.vrefl);
205 <                                rayvalue(&lr);
206 <                                multcolor(lr.rcol, nd.scolor);
207 <                                addcolor(r->rcol, lr.rcol);
208 <                        }
209 <                }
210 <        }
206 >        mirtest = transtest = 0;
207 >        mirdist = transdist = r->rot;
208 >        nd.rspec = m->oargs.farg[3];
209                                                  /* compute transmission */
210          if (m->otype == MAT_TRANS) {
211                  nd.trans = m->oargs.farg[5]*(1.0 - nd.rspec);
# Line 216 | Line 214 | register RAY  *r;
214                  if (nd.tspec > FTINY) {
215                          nd.specfl |= SP_TRAN;
216                                                          /* check threshold */
217 <                        if (nd.tspec <= specthresh+FTINY)
217 >                        if (!(nd.specfl & SP_PURE) &&
218 >                                        specthresh >= nd.tspec-FTINY)
219                                  nd.specfl |= SP_TBLT;
220 <                        if (r->crtype & SHADOW ||
222 <                                        DOT(r->pert,r->pert) <= FTINY*FTINY) {
220 >                        if (!hastexture || r->crtype & SHADOW) {
221                                  VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
222                                  transtest = 2;
223                          } else {
224                                  for (i = 0; i < 3; i++)         /* perturb */
225 <                                        nd.prdir[i] = r->rdir[i] -
226 <                                                        .75*r->pert[i];
227 <                                normalize(nd.prdir);
225 >                                        nd.prdir[i] = r->rdir[i] - r->pert[i];
226 >                                if (DOT(nd.prdir, r->ron) < -FTINY)
227 >                                        normalize(nd.prdir);    /* OK */
228 >                                else
229 >                                        VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
230                          }
231                  }
232          } else
233                  nd.tdiff = nd.tspec = nd.trans = 0.0;
234                                                  /* transmitted ray */
235 <        if ((nd.specfl&(SP_TRAN|SP_PURE)) == (SP_TRAN|SP_PURE)) {
235 >        if ((nd.specfl&(SP_TRAN|SP_PURE|SP_TBLT)) == (SP_TRAN|SP_PURE)) {
236                  RAY  lr;
237                  if (rayorigin(&lr, r, TRANS, nd.tspec) == 0) {
238                          VCOPY(lr.rdir, nd.prdir);
# Line 243 | Line 243 | register RAY  *r;
243                          transtest *= bright(lr.rcol);
244                          transdist = r->rot + lr.rt;
245                  }
246 <        }
246 >        } else
247 >                transtest = 0;
248  
249 <        if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
250 <                return;
249 >        if (r->crtype & SHADOW) {               /* the rest is shadow */
250 >                r->rt = transdist;
251 >                return(1);
252 >        }
253 >                                                /* get specular reflection */
254 >        if (nd.rspec > FTINY) {
255 >                nd.specfl |= SP_REFL;
256 >                                                /* compute specular color */
257 >                if (m->otype == MAT_METAL)
258 >                        copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
259 >                else
260 >                        setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
261 >                scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
262 >                                                /* check threshold */
263 >                if (!(nd.specfl & SP_PURE) && specthresh >= nd.rspec-FTINY)
264 >                        nd.specfl |= SP_RBLT;
265 >                                                /* compute reflected ray */
266 >                for (i = 0; i < 3; i++)
267 >                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*nd.pdot*nd.pnorm[i];
268 >                                                /* penetration? */
269 >                if (hastexture && DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)
270 >                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
271 >                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
272 >        }
273 >                                                /* reflected ray */
274 >        if ((nd.specfl&(SP_REFL|SP_PURE|SP_RBLT)) == (SP_REFL|SP_PURE)) {
275 >                RAY  lr;
276 >                if (rayorigin(&lr, r, REFLECTED, nd.rspec) == 0) {
277 >                        VCOPY(lr.rdir, nd.vrefl);
278 >                        rayvalue(&lr);
279 >                        multcolor(lr.rcol, nd.scolor);
280 >                        addcolor(r->rcol, lr.rcol);
281 >                        if (!hastexture && nd.specfl & SP_FLAT) {
282 >                                mirtest = 2.*bright(lr.rcol);
283 >                                mirdist = r->rot + lr.rt;
284 >                        }
285 >                }
286 >        }
287                                                  /* diffuse reflection */
288          nd.rdiff = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
289  
290          if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rdiff <= FTINY && nd.tdiff <= FTINY)
291 <                return;                         /* 100% pure specular */
291 >                return(1);                      /* 100% pure specular */
292  
293 <        if (r->ro->otype == OBJ_FACE || r->ro->otype == OBJ_RING)
294 <                nd.specfl |= SP_FLAT;
293 >        if (!(nd.specfl & SP_PURE))
294 >                gaussamp(r, &nd);               /* checks *BLT flags */
295  
259 –        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN) && !(nd.specfl & SP_PURE))
260 –                gaussamp(r, &nd);
261 –
296          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
297 <                ambient(ctmp, r);
297 >                ambient(ctmp, r, hastexture?nd.pnorm:r->ron);
298                  if (nd.specfl & SP_RBLT)
299                          scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
300                  else
# Line 270 | Line 304 | register RAY  *r;
304          }
305          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
306                  flipsurface(r);
307 <                ambient(ctmp, r);
307 >                if (hastexture) {
308 >                        FVECT  bnorm;
309 >                        bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
310 >                        bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
311 >                        bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
312 >                        ambient(ctmp, r, bnorm);
313 >                } else
314 >                        ambient(ctmp, r, r->ron);
315                  if (nd.specfl & SP_TBLT)
316                          scalecolor(ctmp, nd.trans);
317                  else
# Line 282 | Line 323 | register RAY  *r;
323                                          /* add direct component */
324          direct(r, dirnorm, &nd);
325                                          /* check distance */
326 <        if (transtest > bright(r->rcol))
326 >        d = bright(r->rcol);
327 >        if (transtest > d)
328                  r->rt = transdist;
329 +        else if (mirtest > d)
330 +                r->rt = mirdist;
331 +
332 +        return(1);
333   }
334  
335  
# Line 296 | Line 342 | register NORMDAT  *np;
342          FVECT  u, v, h;
343          double  rv[2];
344          double  d, sinp, cosp;
345 <        int  ntries;
345 >        int  niter;
346          register int  i;
347 +                                        /* quick test */
348 +        if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) != SP_REFL &&
349 +                        (np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) != SP_TRAN)
350 +                return;
351                                          /* set up sample coordinates */
352          v[0] = v[1] = v[2] = 0.0;
353          for (i = 0; i < 3; i++)
# Line 311 | Line 361 | register NORMDAT  *np;
361          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
362                          rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
363                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
364 <                for (ntries = 0; ntries < 10; ntries++) {
365 <                        dimlist[ndims] = ntries * 8912;
366 <                        d = urand(ilhash(dimlist,ndims+1)+samplendx);
364 >                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
365 >                        if (niter)
366 >                                d = frandom();
367 >                        else
368 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
369                          multisamp(rv, 2, d);
370                          d = 2.0*PI * rv[0];
371 <                        cosp = cos(d);
372 <                        sinp = sin(d);
371 >                        cosp = tcos(d);
372 >                        sinp = tsin(d);
373                          rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
374                          if (rv[1] <= FTINY)
375                                  d = 1.0;
# Line 338 | Line 390 | register NORMDAT  *np;
390                  ndims--;
391          }
392                                          /* compute transmission */
393 +        if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
394 +                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
395 +                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
396 +                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
397 +                        if (niter)
398 +                                d = frandom();
399 +                        else
400 +                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
401 +                        multisamp(rv, 2, d);
402 +                        d = 2.0*PI * rv[0];
403 +                        cosp = tcos(d);
404 +                        sinp = tsin(d);
405 +                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
406 +                        if (rv[1] <= FTINY)
407 +                                d = 1.0;
408 +                        else
409 +                                d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
410 +                        for (i = 0; i < 3; i++)
411 +                                sr.rdir[i] = np->prdir[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
412 +                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY) {
413 +                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
414 +                                rayvalue(&sr);
415 +                                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
416 +                                multcolor(sr.rcol, np->mcolor); /* modified */
417 +                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
418 +                                break;
419 +                        }
420 +                }
421 +                ndims--;
422 +        }
423   }

Diff Legend

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+ Added lines
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> Changed lines