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 2.37 by gwlarson, Wed Dec 16 18:14:58 1998 UTC vs.
Revision 2.58 by greg, Tue Oct 12 19:01:14 2010 UTC

# Line 1 | Line 1
1 – /* Copyright (c) 1998 Silicon Graphics, Inc. */
2 –
1   #ifndef lint
2 < static char SCCSid[] = "$SunId$ SGI";
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[] = "$SunId$ SGI";
11   *     Later changes described in delta comments.
12   */
13  
14 < #include  "ray.h"
14 > #include "copyright.h"
15  
16 + #include  "ray.h"
17 + #include  "ambient.h"
18 + #include  "source.h"
19   #include  "otypes.h"
20 <
20 > #include  "rtotypes.h"
21   #include  "random.h"
22  
23 – extern double  specthresh;              /* specular sampling threshold */
24 – extern double  specjitter;              /* specular sampling jitter */
25 –
26 – extern int  backvis;                    /* back faces visible? */
27 –
23   #ifndef  MAXITER
24   #define  MAXITER        10              /* maximum # specular ray attempts */
25   #endif
26 +                                        /* estimate of Fresnel function */
27 + #define  FRESNE(ci)     (exp(-5.85*(ci)) - 0.00287989916)
28 + #define  FRESTHRESH     0.017999        /* minimum specularity for approx. */
29  
32 – static  gaussamp();
30  
31   /*
32   *      This routine implements the isotropic Gaussian
# Line 68 | Line 65 | typedef struct {
65          double  pdot;           /* perturbed dot product */
66   }  NORMDAT;             /* normal material data */
67  
68 + static srcdirf_t dirnorm;
69 + static void gaussamp(RAY  *r, NORMDAT  *np);
70  
71 < dirnorm(cval, np, ldir, omega)          /* compute source contribution */
72 < COLOR  cval;                    /* returned coefficient */
73 < register NORMDAT  *np;          /* material data */
74 < FVECT  ldir;                    /* light source direction */
75 < double  omega;                  /* light source size */
71 >
72 > static void
73 > dirnorm(                /* compute source contribution */
74 >        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
75 >        void  *nnp,             /* material data */
76 >        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
77 >        double  omega                   /* light source size */
78 > )
79   {
80 +        register NORMDAT *np = nnp;
81          double  ldot;
82 <        double  dtmp, d2;
82 >        double  lrdiff, ltdiff;
83 >        double  dtmp, d2, d3, d4;
84          FVECT  vtmp;
85          COLOR  ctmp;
86  
# Line 87 | Line 91 | double  omega;                 /* light source size */
91          if (ldot < 0.0 ? np->trans <= FTINY : np->trans >= 1.0-FTINY)
92                  return;         /* wrong side */
93  
94 <        if (ldot > FTINY && np->rdiff > FTINY) {
94 >                                /* Fresnel estimate */
95 >        lrdiff = np->rdiff;
96 >        ltdiff = np->tdiff;
97 >        if (np->specfl & SP_PURE && np->rspec >= FRESTHRESH &&
98 >                        (lrdiff > FTINY) | (ltdiff > FTINY)) {
99 >                dtmp = 1. - FRESNE(fabs(ldot));
100 >                lrdiff *= dtmp;
101 >                ltdiff *= dtmp;
102 >        }
103 >
104 >        if (ldot > FTINY && lrdiff > FTINY) {
105                  /*
106                   *  Compute and add diffuse reflected component to returned
107                   *  color.  The diffuse reflected component will always be
108                   *  modified by the color of the material.
109                   */
110                  copycolor(ctmp, np->mcolor);
111 <                dtmp = ldot * omega * np->rdiff / PI;
111 >                dtmp = ldot * omega * lrdiff * (1.0/PI);
112                  scalecolor(ctmp, dtmp);
113                  addcolor(cval, ctmp);
114          }
115          if (ldot > FTINY && (np->specfl&(SP_REFL|SP_PURE)) == SP_REFL) {
116                  /*
117                   *  Compute specular reflection coefficient using
118 <                 *  gaussian distribution model.
118 >                 *  Gaussian distribution model.
119                   */
120                                                  /* roughness */
121                  dtmp = np->alpha2;
122                                                  /* + source if flat */
123                  if (np->specfl & SP_FLAT)
124 <                        dtmp += omega/(4.0*PI);
124 >                        dtmp += omega * (0.25/PI);
125                                                  /* half vector */
126                  vtmp[0] = ldir[0] - np->rp->rdir[0];
127                  vtmp[1] = ldir[1] - np->rp->rdir[1];
128                  vtmp[2] = ldir[2] - np->rp->rdir[2];
129                  d2 = DOT(vtmp, np->pnorm);
130                  d2 *= d2;
131 <                d2 = (DOT(vtmp,vtmp) - d2) / d2;
132 <                                                /* gaussian */
133 <                dtmp = exp(-d2/dtmp)/(4.*PI*dtmp);
131 >                d3 = DOT(vtmp,vtmp);
132 >                d4 = (d3 - d2) / d2;
133 >                                                /* new W-G-M-D model */
134 >                dtmp = exp(-d4/dtmp) * d3 / (PI * d2*d2 * dtmp);
135                                                  /* worth using? */
136                  if (dtmp > FTINY) {
137                          copycolor(ctmp, np->scolor);
138 <                        dtmp *= omega * sqrt(ldot/np->pdot);
138 >                        dtmp *= ldot * omega;
139                          scalecolor(ctmp, dtmp);
140                          addcolor(cval, ctmp);
141                  }
142          }
143 <        if (ldot < -FTINY && np->tdiff > FTINY) {
143 >        if (ldot < -FTINY && ltdiff > FTINY) {
144                  /*
145                   *  Compute diffuse transmission.
146                   */
147                  copycolor(ctmp, np->mcolor);
148 <                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff / PI;
148 >                dtmp = -ldot * omega * ltdiff * (1.0/PI);
149                  scalecolor(ctmp, dtmp);
150                  addcolor(cval, ctmp);
151          }
# Line 140 | Line 155 | double  omega;                 /* light source size */
155                   *  is always modified by material color.
156                   */
157                                                  /* roughness + source */
158 <                dtmp = np->alpha2 + omega/PI;
159 <                                                /* gaussian */
158 >                dtmp = np->alpha2 + omega*(1.0/PI);
159 >                                                /* Gaussian */
160                  dtmp = exp((2.*DOT(np->prdir,ldir)-2.)/dtmp)/(PI*dtmp);
161                                                  /* worth using? */
162                  if (dtmp > FTINY) {
# Line 154 | Line 169 | double  omega;                 /* light source size */
169   }
170  
171  
172 < m_normal(m, r)                  /* color a ray that hit something normal */
173 < register OBJREC  *m;
174 < register RAY  *r;
172 > extern int
173 > m_normal(                       /* color a ray that hit something normal */
174 >        register OBJREC  *m,
175 >        register RAY  *r
176 > )
177   {
178          NORMDAT  nd;
179 +        double  fest;
180          double  transtest, transdist;
181          double  mirtest, mirdist;
182          int     hastexture;
# Line 177 | Line 195 | register RAY  *r;
195                          raytrans(r);
196                          return(1);
197                  }
198 +                raytexture(r, m->omod);
199                  flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
200 <        }
200 >        } else
201 >                raytexture(r, m->omod);
202          nd.mp = m;
203          nd.rp = r;
204                                                  /* get material color */
# Line 190 | Line 210 | register RAY  *r;
210          nd.alpha2 = m->oargs.farg[4];
211          if ((nd.alpha2 *= nd.alpha2) <= FTINY)
212                  nd.specfl |= SP_PURE;
213 <        if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
214 <                nd.specfl |= SP_FLAT;
195 <                                                /* get modifiers */
196 <        raytexture(r, m->omod);
197 <        if (hastexture = DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY)
213 >
214 >        if ( (hastexture = (DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY)) ) {
215                  nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
216 <        else {
216 >        } else {
217                  VCOPY(nd.pnorm, r->ron);
218                  nd.pdot = r->rod;
219          }
220 +        if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
221 +                nd.specfl |= SP_FLAT;
222          if (nd.pdot < .001)
223                  nd.pdot = .001;                 /* non-zero for dirnorm() */
224          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
225          mirtest = transtest = 0;
226          mirdist = transdist = r->rot;
227          nd.rspec = m->oargs.farg[3];
228 +                                                /* compute Fresnel approx. */
229 +        if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rspec >= FRESTHRESH) {
230 +                fest = FRESNE(r->rod);
231 +                nd.rspec += fest*(1. - nd.rspec);
232 +        } else
233 +                fest = 0.;
234                                                  /* compute transmission */
235          if (m->otype == MAT_TRANS) {
236                  nd.trans = m->oargs.farg[5]*(1.0 - nd.rspec);
# Line 234 | Line 259 | register RAY  *r;
259                                                  /* transmitted ray */
260          if ((nd.specfl&(SP_TRAN|SP_PURE|SP_TBLT)) == (SP_TRAN|SP_PURE)) {
261                  RAY  lr;
262 <                if (rayorigin(&lr, r, TRANS, nd.tspec) == 0) {
262 >                copycolor(lr.rcoef, nd.mcolor); /* modified by color */
263 >                scalecolor(lr.rcoef, nd.tspec);
264 >                if (rayorigin(&lr, TRANS, r, lr.rcoef) == 0) {
265                          VCOPY(lr.rdir, nd.prdir);
266                          rayvalue(&lr);
267 <                        scalecolor(lr.rcol, nd.tspec);
241 <                        multcolor(lr.rcol, nd.mcolor);  /* modified by color */
267 >                        multcolor(lr.rcol, lr.rcoef);
268                          addcolor(r->rcol, lr.rcol);
269                          transtest *= bright(lr.rcol);
270                          transdist = r->rot + lr.rt;
# Line 254 | Line 280 | register RAY  *r;
280          if (nd.rspec > FTINY) {
281                  nd.specfl |= SP_REFL;
282                                                  /* compute specular color */
283 <                if (m->otype == MAT_METAL)
283 >                if (m->otype != MAT_METAL) {
284 >                        setcolor(nd.scolor, nd.rspec, nd.rspec, nd.rspec);
285 >                } else if (fest > FTINY) {
286 >                        d = nd.rspec*(1. - fest);
287 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
288 >                                nd.scolor[i] = fest + nd.mcolor[i]*d;
289 >                } else {
290                          copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
291 <                else
292 <                        setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
261 <                scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
291 >                        scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
292 >                }
293                                                  /* check threshold */
294                  if (!(nd.specfl & SP_PURE) && specthresh >= nd.rspec-FTINY)
295                          nd.specfl |= SP_RBLT;
296                                                  /* compute reflected ray */
297 <                for (i = 0; i < 3; i++)
267 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*nd.pdot*nd.pnorm[i];
297 >                VSUM(nd.vrefl, r->rdir, nd.pnorm, 2.*nd.pdot);
298                                                  /* penetration? */
299                  if (hastexture && DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)
300 <                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
301 <                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
300 >                        VSUM(nd.vrefl, r->rdir, r->ron, 2.*r->rod);
301 >                checknorm(nd.vrefl);
302          }
303                                                  /* reflected ray */
304          if ((nd.specfl&(SP_REFL|SP_PURE|SP_RBLT)) == (SP_REFL|SP_PURE)) {
305                  RAY  lr;
306 <                if (rayorigin(&lr, r, REFLECTED, nd.rspec) == 0) {
306 >                if (rayorigin(&lr, REFLECTED, r, nd.scolor) == 0) {
307                          VCOPY(lr.rdir, nd.vrefl);
308                          rayvalue(&lr);
309 <                        multcolor(lr.rcol, nd.scolor);
309 >                        multcolor(lr.rcol, lr.rcoef);
310                          addcolor(r->rcol, lr.rcol);
311                          if (!hastexture && nd.specfl & SP_FLAT) {
312                                  mirtest = 2.*bright(lr.rcol);
# Line 294 | Line 324 | register RAY  *r;
324                  gaussamp(r, &nd);               /* checks *BLT flags */
325  
326          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
327 <                ambient(ctmp, r, hastexture?nd.pnorm:r->ron);
327 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
328                  if (nd.specfl & SP_RBLT)
329                          scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
330                  else
331                          scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
332 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
332 >                multambient(ctmp, r, hastexture ? nd.pnorm : r->ron);
333                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
334          }
335          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
336 +                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
337 +                if (nd.specfl & SP_TBLT)
338 +                        scalecolor(ctmp, nd.trans);
339 +                else
340 +                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
341                  flipsurface(r);
342                  if (hastexture) {
343                          FVECT  bnorm;
344                          bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
345                          bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
346                          bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
347 <                        ambient(ctmp, r, bnorm);
347 >                        multambient(ctmp, r, bnorm);
348                  } else
349 <                        ambient(ctmp, r, r->ron);
315 <                if (nd.specfl & SP_TBLT)
316 <                        scalecolor(ctmp, nd.trans);
317 <                else
318 <                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
319 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
349 >                        multambient(ctmp, r, r->ron);
350                  addcolor(r->rcol, ctmp);
351                  flipsurface(r);
352          }
# Line 333 | Line 363 | register RAY  *r;
363   }
364  
365  
366 < static
367 < gaussamp(r, np)                 /* sample gaussian specular */
368 < RAY  *r;
369 < register NORMDAT  *np;
366 > static void
367 > gaussamp(                       /* sample Gaussian specular */
368 >        RAY  *r,
369 >        register NORMDAT  *np
370 > )
371   {
372          RAY  sr;
373          FVECT  u, v, h;
374          double  rv[2];
375          double  d, sinp, cosp;
376 <        int  niter;
376 >        COLOR   scol;
377 >        int  maxiter, ntrials, nstarget, nstaken;
378          register int  i;
379                                          /* quick test */
380          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) != SP_REFL &&
# Line 359 | Line 391 | register NORMDAT  *np;
391          fcross(v, np->pnorm, u);
392                                          /* compute reflection */
393          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
394 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
394 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, np->scolor) == 0) {
395 >                nstarget = 1;
396 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
397 >                        nstarget = specjitter*r->rweight + .5;
398 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
399 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
400 >                        if (nstarget > 1) {
401 >                                d = 1./nstarget;
402 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
403 >                                sr.rweight *= d;
404 >                        } else
405 >                                nstarget = 1;
406 >                }
407 >                setcolor(scol, 0., 0., 0.);
408                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
409 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
410 <                        if (niter)
409 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
410 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
411 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
412 >                        if (ntrials)
413                                  d = frandom();
414                          else
415                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
# Line 370 | Line 417 | register NORMDAT  *np;
417                          d = 2.0*PI * rv[0];
418                          cosp = tcos(d);
419                          sinp = tsin(d);
420 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
420 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
421 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
422                          if (rv[1] <= FTINY)
423                                  d = 1.0;
424                          else
# Line 378 | Line 426 | register NORMDAT  *np;
426                          for (i = 0; i < 3; i++)
427                                  h[i] = np->pnorm[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
428                          d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
429 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
430 <                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
431 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) > FTINY) {
429 >                        VSUM(sr.rdir, r->rdir, h, d);
430 >                                                /* sample rejection test */
431 >                        if ((d = DOT(sr.rdir, r->ron)) <= FTINY)
432 >                                continue;
433 >                        checknorm(sr.rdir);
434 >                        if (nstarget > 1) {     /* W-G-M-D adjustment */
435 >                                rayclear(&sr);
436                                  rayvalue(&sr);
437 <                                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
437 >                                d = 2./(1. + r->rod/d);
438 >                                scalecolor(sr.rcol, d);
439 >                                addcolor(scol, sr.rcol);
440 >                        } else {
441 >                                rayvalue(&sr);
442 >                                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
443                                  addcolor(r->rcol, sr.rcol);
387 –                                break;
444                          }
445 +                        ++nstaken;
446                  }
447 +                if (nstarget > 1) {             /* final W-G-M-D weighting */
448 +                        multcolor(scol, sr.rcoef);
449 +                        d = (double)nstarget/ntrials;
450 +                        scalecolor(scol, d);
451 +                        addcolor(r->rcol, scol);
452 +                }
453                  ndims--;
454          }
455                                          /* compute transmission */
456 +        copycolor(sr.rcoef, np->mcolor);        /* modified by color */
457 +        scalecolor(sr.rcoef, np->tspec);
458          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
459 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
459 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, sr.rcoef) == 0) {
460 >                nstarget = 1;
461 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
462 >                        nstarget = specjitter*r->rweight + .5;
463 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
464 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
465 >                        if (nstarget > 1) {
466 >                                d = 1./nstarget;
467 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
468 >                                sr.rweight *= d;
469 >                        } else
470 >                                nstarget = 1;
471 >                }
472                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
473 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
474 <                        if (niter)
473 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
474 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
475 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
476 >                        if (ntrials)
477                                  d = frandom();
478                          else
479 <                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
479 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
480                          multisamp(rv, 2, d);
481                          d = 2.0*PI * rv[0];
482                          cosp = tcos(d);
483                          sinp = tsin(d);
484 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
484 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
485 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
486                          if (rv[1] <= FTINY)
487                                  d = 1.0;
488                          else
489                                  d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
490                          for (i = 0; i < 3; i++)
491                                  sr.rdir[i] = np->prdir[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
492 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY) {
493 <                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
494 <                                rayvalue(&sr);
495 <                                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
496 <                                multcolor(sr.rcol, np->mcolor); /* modified */
497 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
498 <                                break;
499 <                        }
492 >                                                /* sample rejection test */
493 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) >= -FTINY)
494 >                                continue;
495 >                        normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
496 >                        if (nstarget > 1)       /* multi-sampling */
497 >                                rayclear(&sr);
498 >                        rayvalue(&sr);
499 >                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
500 >                        addcolor(r->rcol, sr.rcol);
501 >                        ++nstaken;
502                  }
503                  ndims--;
504          }

Diff Legend

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