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 2.39 by greg, Tue Feb 25 02:47:22 2003 UTC vs.
Revision 2.67 by greg, Sat May 10 17:43:01 2014 UTC

# Line 1 | Line 1
1   #ifndef lint
2 < static const char       RCSid[] = "$Id$";
2 > static const char RCSid[] = "$Id$";
3   #endif
4   /*
5   *  normal.c - shading function for normal materials.
# Line 14 | Line 14 | static const char      RCSid[] = "$Id$";
14   #include "copyright.h"
15  
16   #include  "ray.h"
17 <
17 > #include  "ambient.h"
18 > #include  "source.h"
19   #include  "otypes.h"
20 <
20 > #include  "rtotypes.h"
21   #include  "random.h"
22  
23   #ifndef  MAXITER
24   #define  MAXITER        10              /* maximum # specular ray attempts */
25   #endif
26                                          /* estimate of Fresnel function */
27 < #define  FRESNE(ci)     (exp(-6.0*(ci)) - 0.00247875217)
27 > #define  FRESNE(ci)     (exp(-5.85*(ci)) - 0.00287989916)
28 > #define  FRESTHRESH     0.017999        /* minimum specularity for approx. */
29  
28 – static void  gaussamp();
30  
31   /*
32   *      This routine implements the isotropic Gaussian
# Line 64 | Line 65 | typedef struct {
65          double  pdot;           /* perturbed dot product */
66   }  NORMDAT;             /* normal material data */
67  
68 + static void gaussamp(NORMDAT  *np);
69  
70 +
71   static void
72 < dirnorm(cval, np, ldir, omega)          /* compute source contribution */
73 < COLOR  cval;                    /* returned coefficient */
74 < register NORMDAT  *np;          /* material data */
75 < FVECT  ldir;                    /* light source direction */
76 < double  omega;                  /* light source size */
72 > dirnorm(                /* compute source contribution */
73 >        COLOR  cval,                    /* returned coefficient */
74 >        void  *nnp,                     /* material data */
75 >        FVECT  ldir,                    /* light source direction */
76 >        double  omega                   /* light source size */
77 > )
78   {
79 +        NORMDAT *np = nnp;
80          double  ldot;
81 <        double  ldiff;
82 <        double  dtmp, d2;
81 >        double  lrdiff, ltdiff;
82 >        double  dtmp, d2, d3, d4;
83          FVECT  vtmp;
84          COLOR  ctmp;
85  
# Line 86 | Line 91 | double  omega;                 /* light source size */
91                  return;         /* wrong side */
92  
93                                  /* Fresnel estimate */
94 <        ldiff = np->rdiff;
95 <        if (np->specfl & SP_PURE && (np->rspec > FTINY & ldiff > FTINY))
96 <                ldiff *= 1. - FRESNE(fabs(ldot));
94 >        lrdiff = np->rdiff;
95 >        ltdiff = np->tdiff;
96 >        if (np->specfl & SP_PURE && np->rspec >= FRESTHRESH &&
97 >                        (lrdiff > FTINY) | (ltdiff > FTINY)) {
98 >                dtmp = 1. - FRESNE(fabs(ldot));
99 >                lrdiff *= dtmp;
100 >                ltdiff *= dtmp;
101 >        }
102  
103 <        if (ldot > FTINY && ldiff > FTINY) {
103 >        if (ldot > FTINY && lrdiff > FTINY) {
104                  /*
105                   *  Compute and add diffuse reflected component to returned
106                   *  color.  The diffuse reflected component will always be
107                   *  modified by the color of the material.
108                   */
109                  copycolor(ctmp, np->mcolor);
110 <                dtmp = ldot * omega * ldiff / PI;
110 >                dtmp = ldot * omega * lrdiff * (1.0/PI);
111                  scalecolor(ctmp, dtmp);
112                  addcolor(cval, ctmp);
113          }
114          if (ldot > FTINY && (np->specfl&(SP_REFL|SP_PURE)) == SP_REFL) {
115                  /*
116                   *  Compute specular reflection coefficient using
117 <                 *  gaussian distribution model.
117 >                 *  Gaussian distribution model.
118                   */
119                                                  /* roughness */
120                  dtmp = np->alpha2;
121                                                  /* + source if flat */
122                  if (np->specfl & SP_FLAT)
123 <                        dtmp += omega/(4.0*PI);
123 >                        dtmp += omega * (0.25/PI);
124                                                  /* half vector */
125 <                vtmp[0] = ldir[0] - np->rp->rdir[0];
116 <                vtmp[1] = ldir[1] - np->rp->rdir[1];
117 <                vtmp[2] = ldir[2] - np->rp->rdir[2];
125 >                VSUB(vtmp, ldir, np->rp->rdir);
126                  d2 = DOT(vtmp, np->pnorm);
127                  d2 *= d2;
128 <                d2 = (DOT(vtmp,vtmp) - d2) / d2;
129 <                                                /* gaussian */
130 <                dtmp = exp(-d2/dtmp)/(4.*PI*dtmp);
128 >                d3 = DOT(vtmp,vtmp);
129 >                d4 = (d3 - d2) / d2;
130 >                                                /* new W-G-M-D model */
131 >                dtmp = exp(-d4/dtmp) * d3 / (PI * d2*d2 * dtmp);
132                                                  /* worth using? */
133                  if (dtmp > FTINY) {
134                          copycolor(ctmp, np->scolor);
135 <                        dtmp *= omega * sqrt(ldot/np->pdot);
135 >                        dtmp *= ldot * omega;
136                          scalecolor(ctmp, dtmp);
137                          addcolor(cval, ctmp);
138                  }
139          }
140 <        if (ldot < -FTINY && np->tdiff > FTINY) {
140 >        if (ldot < -FTINY && ltdiff > FTINY) {
141                  /*
142                   *  Compute diffuse transmission.
143                   */
144                  copycolor(ctmp, np->mcolor);
145 <                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff / PI;
145 >                dtmp = -ldot * omega * ltdiff * (1.0/PI);
146                  scalecolor(ctmp, dtmp);
147                  addcolor(cval, ctmp);
148          }
# Line 143 | Line 152 | double  omega;                 /* light source size */
152                   *  is always modified by material color.
153                   */
154                                                  /* roughness + source */
155 <                dtmp = np->alpha2 + omega/PI;
156 <                                                /* gaussian */
155 >                dtmp = np->alpha2 + omega*(1.0/PI);
156 >                                                /* Gaussian */
157                  dtmp = exp((2.*DOT(np->prdir,ldir)-2.)/dtmp)/(PI*dtmp);
158                                                  /* worth using? */
159                  if (dtmp > FTINY) {
# Line 158 | Line 167 | double  omega;                 /* light source size */
167  
168  
169   int
170 < m_normal(m, r)                  /* color a ray that hit something normal */
171 < register OBJREC  *m;
172 < register RAY  *r;
170 > m_normal(                       /* color a ray that hit something normal */
171 >        OBJREC  *m,
172 >        RAY  *r
173 > )
174   {
175          NORMDAT  nd;
176          double  fest;
# Line 169 | Line 179 | register RAY  *r;
179          int     hastexture;
180          double  d;
181          COLOR  ctmp;
182 <        register int  i;
182 >        int  i;
183                                                  /* easy shadow test */
184          if (r->crtype & SHADOW && m->otype != MAT_TRANS)
185                  return(1);
# Line 178 | Line 188 | register RAY  *r;
188                  objerror(m, USER, "bad number of arguments");
189                                                  /* check for back side */
190          if (r->rod < 0.0) {
191 <                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS) {
191 >                if (!backvis) {
192                          raytrans(r);
193                          return(1);
194                  }
195 +                raytexture(r, m->omod);
196                  flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
197 <        }
197 >        } else
198 >                raytexture(r, m->omod);
199          nd.mp = m;
200          nd.rp = r;
201                                                  /* get material color */
# Line 195 | Line 207 | register RAY  *r;
207          nd.alpha2 = m->oargs.farg[4];
208          if ((nd.alpha2 *= nd.alpha2) <= FTINY)
209                  nd.specfl |= SP_PURE;
210 <        if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
211 <                nd.specfl |= SP_FLAT;
200 <                                                /* get modifiers */
201 <        raytexture(r, m->omod);
202 <        if (hastexture = DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY)
210 >
211 >        if ( (hastexture = (DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY)) ) {
212                  nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
213 <        else {
213 >        } else {
214                  VCOPY(nd.pnorm, r->ron);
215                  nd.pdot = r->rod;
216          }
217 +        if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
218 +                nd.specfl |= SP_FLAT;
219          if (nd.pdot < .001)
220                  nd.pdot = .001;                 /* non-zero for dirnorm() */
221          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
# Line 212 | Line 223 | register RAY  *r;
223          mirdist = transdist = r->rot;
224          nd.rspec = m->oargs.farg[3];
225                                                  /* compute Fresnel approx. */
226 <        if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rspec > FTINY) {
227 <                fest = FRESNE(r->rod);
226 >        if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rspec >= FRESTHRESH) {
227 >                fest = FRESNE(nd.pdot);
228                  nd.rspec += fest*(1. - nd.rspec);
229          } else
230                  fest = 0.;
# Line 228 | Line 239 | register RAY  *r;
239                          if (!(nd.specfl & SP_PURE) &&
240                                          specthresh >= nd.tspec-FTINY)
241                                  nd.specfl |= SP_TBLT;
242 <                        if (!hastexture || r->crtype & SHADOW) {
242 >                        if (!hastexture || r->crtype & (SHADOW|AMBIENT)) {
243                                  VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
244                                  transtest = 2;
245                          } else {
# Line 245 | Line 256 | register RAY  *r;
256                                                  /* transmitted ray */
257          if ((nd.specfl&(SP_TRAN|SP_PURE|SP_TBLT)) == (SP_TRAN|SP_PURE)) {
258                  RAY  lr;
259 <                if (rayorigin(&lr, r, TRANS, nd.tspec) == 0) {
259 >                copycolor(lr.rcoef, nd.mcolor); /* modified by color */
260 >                scalecolor(lr.rcoef, nd.tspec);
261 >                if (rayorigin(&lr, TRANS, r, lr.rcoef) == 0) {
262                          VCOPY(lr.rdir, nd.prdir);
263                          rayvalue(&lr);
264 <                        scalecolor(lr.rcol, nd.tspec);
252 <                        multcolor(lr.rcol, nd.mcolor);  /* modified by color */
264 >                        multcolor(lr.rcol, lr.rcoef);
265                          addcolor(r->rcol, lr.rcol);
266                          transtest *= bright(lr.rcol);
267                          transdist = r->rot + lr.rt;
# Line 268 | Line 280 | register RAY  *r;
280                  if (m->otype != MAT_METAL) {
281                          setcolor(nd.scolor, nd.rspec, nd.rspec, nd.rspec);
282                  } else if (fest > FTINY) {
283 <                        d = nd.rspec*(1. - fest);
283 >                        d = m->oargs.farg[3]*(1. - fest);
284                          for (i = 0; i < 3; i++)
285 <                                nd.scolor[i] = fest + nd.mcolor[i]*d;
285 >                                colval(nd.scolor,i) = fest +
286 >                                                colval(nd.mcolor,i)*d;
287                  } else {
288                          copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
289                          scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
# Line 279 | Line 292 | register RAY  *r;
292                  if (!(nd.specfl & SP_PURE) && specthresh >= nd.rspec-FTINY)
293                          nd.specfl |= SP_RBLT;
294                                                  /* compute reflected ray */
295 <                for (i = 0; i < 3; i++)
283 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*nd.pdot*nd.pnorm[i];
295 >                VSUM(nd.vrefl, r->rdir, nd.pnorm, 2.*nd.pdot);
296                                                  /* penetration? */
297                  if (hastexture && DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)
298 <                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
299 <                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
298 >                        VSUM(nd.vrefl, r->rdir, r->ron, 2.*r->rod);
299 >                checknorm(nd.vrefl);
300          }
301                                                  /* reflected ray */
302          if ((nd.specfl&(SP_REFL|SP_PURE|SP_RBLT)) == (SP_REFL|SP_PURE)) {
303                  RAY  lr;
304 <                if (rayorigin(&lr, r, REFLECTED, nd.rspec) == 0) {
304 >                if (rayorigin(&lr, REFLECTED, r, nd.scolor) == 0) {
305                          VCOPY(lr.rdir, nd.vrefl);
306                          rayvalue(&lr);
307 <                        multcolor(lr.rcol, nd.scolor);
307 >                        multcolor(lr.rcol, lr.rcoef);
308                          addcolor(r->rcol, lr.rcol);
309 <                        if (!hastexture && nd.specfl & SP_FLAT) {
309 >                        if (nd.specfl & SP_FLAT &&
310 >                                        !hastexture | (r->crtype & AMBIENT)) {
311                                  mirtest = 2.*bright(lr.rcol);
312                                  mirdist = r->rot + lr.rt;
313                          }
# Line 307 | Line 320 | register RAY  *r;
320                  return(1);                      /* 100% pure specular */
321  
322          if (!(nd.specfl & SP_PURE))
323 <                gaussamp(r, &nd);               /* checks *BLT flags */
323 >                gaussamp(&nd);          /* checks *BLT flags */
324  
325          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
326 <                ambient(ctmp, r, hastexture?nd.pnorm:r->ron);
327 <                if (nd.specfl & SP_RBLT)
328 <                        scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
329 <                else
330 <                        scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
318 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
326 >                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by material color */
327 >                scalecolor(ctmp, nd.rdiff);
328 >                if (nd.specfl & SP_RBLT)        /* add in specular as well? */
329 >                        addcolor(ctmp, nd.scolor);
330 >                multambient(ctmp, r, hastexture ? nd.pnorm : r->ron);
331                  addcolor(r->rcol, ctmp);        /* add to returned color */
332          }
333          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
334 +                copycolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
335 +                if (nd.specfl & SP_TBLT)
336 +                        scalecolor(ctmp, nd.trans);
337 +                else
338 +                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
339                  flipsurface(r);
340                  if (hastexture) {
341                          FVECT  bnorm;
342                          bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
343                          bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
344                          bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
345 <                        ambient(ctmp, r, bnorm);
345 >                        multambient(ctmp, r, bnorm);
346                  } else
347 <                        ambient(ctmp, r, r->ron);
331 <                if (nd.specfl & SP_TBLT)
332 <                        scalecolor(ctmp, nd.trans);
333 <                else
334 <                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
335 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
347 >                        multambient(ctmp, r, r->ron);
348                  addcolor(r->rcol, ctmp);
349                  flipsurface(r);
350          }
# Line 350 | Line 362 | register RAY  *r;
362  
363  
364   static void
365 < gaussamp(r, np)                 /* sample gaussian specular */
366 < RAY  *r;
367 < register NORMDAT  *np;
365 > gaussamp(                       /* sample Gaussian specular */
366 >        NORMDAT  *np
367 > )
368   {
369          RAY  sr;
370          FVECT  u, v, h;
371          double  rv[2];
372          double  d, sinp, cosp;
373 <        int  niter;
374 <        register int  i;
373 >        COLOR  scol;
374 >        int  maxiter, ntrials, nstarget, nstaken;
375 >        int  i;
376                                          /* quick test */
377          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) != SP_REFL &&
378                          (np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) != SP_TRAN)
# Line 375 | Line 388 | register NORMDAT  *np;
388          fcross(v, np->pnorm, u);
389                                          /* compute reflection */
390          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
391 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
392 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
393 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
394 <                        if (niter)
391 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, np->scolor) == 0) {
392 >                nstarget = 1;
393 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
394 >                        nstarget = specjitter*np->rp->rweight + .5;
395 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
396 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
397 >                        if (nstarget > 1) {
398 >                                d = 1./nstarget;
399 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
400 >                                sr.rweight *= d;
401 >                        } else
402 >                                nstarget = 1;
403 >                }
404 >                setcolor(scol, 0., 0., 0.);
405 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
406 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
407 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
408 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
409 >                        if (ntrials)
410                                  d = frandom();
411                          else
412                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
# Line 386 | Line 414 | register NORMDAT  *np;
414                          d = 2.0*PI * rv[0];
415                          cosp = tcos(d);
416                          sinp = tsin(d);
417 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
417 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
418 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
419                          if (rv[1] <= FTINY)
420                                  d = 1.0;
421                          else
422                                  d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
423                          for (i = 0; i < 3; i++)
424                                  h[i] = np->pnorm[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
425 <                        d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
426 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
427 <                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
428 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) > FTINY) {
425 >                        d = -2.0 * DOT(h, np->rp->rdir) / (1.0 + d*d);
426 >                        VSUM(sr.rdir, np->rp->rdir, h, d);
427 >                                                /* sample rejection test */
428 >                        if ((d = DOT(sr.rdir, np->rp->ron)) <= FTINY)
429 >                                continue;
430 >                        checknorm(sr.rdir);
431 >                        if (nstarget > 1) {     /* W-G-M-D adjustment */
432 >                                if (nstaken) rayclear(&sr);
433                                  rayvalue(&sr);
434 <                                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
435 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
436 <                                break;
434 >                                d = 2./(1. + np->rp->rod/d);
435 >                                scalecolor(sr.rcol, d);
436 >                                addcolor(scol, sr.rcol);
437 >                        } else {
438 >                                rayvalue(&sr);
439 >                                multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
440 >                                addcolor(np->rp->rcol, sr.rcol);
441                          }
442 +                        ++nstaken;
443                  }
444 +                if (nstarget > 1) {             /* final W-G-M-D weighting */
445 +                        multcolor(scol, sr.rcoef);
446 +                        d = (double)nstarget/ntrials;
447 +                        scalecolor(scol, d);
448 +                        addcolor(np->rp->rcol, scol);
449 +                }
450                  ndims--;
451          }
452                                          /* compute transmission */
453 +        copycolor(sr.rcoef, np->mcolor);        /* modified by color */
454 +        scalecolor(sr.rcoef, np->tspec);
455          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
456 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
457 <                dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
458 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
459 <                        if (niter)
456 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, np->rp, sr.rcoef) == 0) {
457 >                nstarget = 1;
458 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
459 >                        nstarget = specjitter*np->rp->rweight + .5;
460 >                        if (sr.rweight <= minweight*nstarget)
461 >                                nstarget = sr.rweight/minweight;
462 >                        if (nstarget > 1) {
463 >                                d = 1./nstarget;
464 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
465 >                                sr.rweight *= d;
466 >                        } else
467 >                                nstarget = 1;
468 >                }
469 >                dimlist[ndims++] = (int)(size_t)np->mp;
470 >                maxiter = MAXITER*nstarget;
471 >                for (nstaken = ntrials = 0; nstaken < nstarget &&
472 >                                                ntrials < maxiter; ntrials++) {
473 >                        if (ntrials)
474                                  d = frandom();
475                          else
476 <                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
476 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
477                          multisamp(rv, 2, d);
478                          d = 2.0*PI * rv[0];
479                          cosp = tcos(d);
480                          sinp = tsin(d);
481 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
481 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
482 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
483                          if (rv[1] <= FTINY)
484                                  d = 1.0;
485                          else
486                                  d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
487                          for (i = 0; i < 3; i++)
488                                  sr.rdir[i] = np->prdir[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
489 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY) {
490 <                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
491 <                                rayvalue(&sr);
492 <                                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
493 <                                multcolor(sr.rcol, np->mcolor); /* modified */
494 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
495 <                                break;
496 <                        }
489 >                                                /* sample rejection test */
490 >                        if (DOT(sr.rdir, np->rp->ron) >= -FTINY)
491 >                                continue;
492 >                        normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
493 >                        if (nstaken)            /* multi-sampling */
494 >                                rayclear(&sr);
495 >                        rayvalue(&sr);
496 >                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
497 >                        addcolor(np->rp->rcol, sr.rcol);
498 >                        ++nstaken;
499                  }
500                  ndims--;
501          }

Diff Legend

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