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

Comparing ray/src/rt/normal.c (file contents):
Revision 2.42 by greg, Wed Mar 12 17:26:58 2003 UTC vs.
Revision 2.56 by greg, Sun Oct 10 19:49:17 2010 UTC

# 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 srcdirf_t dirnorm;
69 + static void gaussamp(RAY  *r, NORMDAT  *np);
70  
71 +
72   static void
73 < dirnorm(cval, np, ldir, omega)          /* compute source contribution */
74 < COLOR  cval;                    /* returned coefficient */
75 < register NORMDAT  *np;          /* material data */
76 < FVECT  ldir;                    /* light source direction */
77 < double  omega;                  /* light source size */
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  ldiff;
83 <        double  dtmp, d2;
82 >        double  lrdiff, ltdiff;
83 >        double  dtmp, d2, d3, d4;
84          FVECT  vtmp;
85          COLOR  ctmp;
86  
# Line 86 | Line 92 | double  omega;                 /* light source size */
92                  return;         /* wrong side */
93  
94                                  /* Fresnel estimate */
95 <        ldiff = np->rdiff;
96 <        if (np->specfl & SP_PURE && (np->rspec > FTINY & ldiff > FTINY))
97 <                ldiff *= 1. - FRESNE(fabs(ldot));
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 && ldiff > FTINY) {
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 * ldiff / 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 143 | 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 157 | Line 169 | double  omega;                 /* light source size */
169   }
170  
171  
172 < int
173 < m_normal(m, r)                  /* color a ray that hit something normal */
174 < register OBJREC  *m;
175 < 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;
# Line 198 | Line 211 | register RAY  *r;
211          if ((nd.alpha2 *= nd.alpha2) <= FTINY)
212                  nd.specfl |= SP_PURE;
213  
214 <        if (hastexture = (DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY)) {
214 >        if ( (hastexture = (DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY)) ) {
215                  nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
216          } else {
217                  VCOPY(nd.pnorm, r->ron);
# Line 213 | Line 226 | register RAY  *r;
226          mirdist = transdist = r->rot;
227          nd.rspec = m->oargs.farg[3];
228                                                  /* compute Fresnel approx. */
229 <        if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rspec > FTINY) {
229 >        if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rspec >= FRESTHRESH) {
230                  fest = FRESNE(r->rod);
231                  nd.rspec += fest*(1. - nd.rspec);
232          } else
# Line 246 | 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);
253 <                        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 280 | Line 294 | register RAY  *r;
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++)
284 <                        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 311 | 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);
332 <                if (nd.specfl & SP_TBLT)
333 <                        scalecolor(ctmp, nd.trans);
334 <                else
335 <                        scalecolor(ctmp, nd.tdiff);
336 <                multcolor(ctmp, nd.mcolor);     /* modified by color */
349 >                        multambient(ctmp, r, r->ron);
350                  addcolor(r->rcol, ctmp);
351                  flipsurface(r);
352          }
# Line 351 | Line 364 | register RAY  *r;
364  
365  
366   static void
367 < gaussamp(r, np)                 /* sample gaussian specular */
368 < RAY  *r;
369 < register NORMDAT  *np;
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  niter, ns2go;
378          register int  i;
379                                          /* quick test */
380          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) != SP_REFL &&
# Line 376 | 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 >                copycolor(scol, np->scolor);
396 >                ns2go = 1;
397 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
398 >                        ns2go = specjitter*sr.rweight + .5;
399 >                        if (sr.rweight <= minweight*ns2go)
400 >                                ns2go = sr.rweight/minweight;
401 >                        if (ns2go > 1) {
402 >                                d = 1./ns2go;
403 >                                scalecolor(scol, d);
404 >                                sr.rweight *= d;
405 >                        } else
406 >                                ns2go = 1;
407 >                }
408                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
409 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
410 <                        if (niter)
409 >                for (niter = ns2go*MAXITER; (ns2go > 0) & (niter > 0); niter--) {
410 >                        if (specjitter > 1.5)
411                                  d = frandom();
412                          else
413                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
# Line 387 | Line 415 | register NORMDAT  *np;
415                          d = 2.0*PI * rv[0];
416                          cosp = tcos(d);
417                          sinp = tsin(d);
418 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
418 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
419 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
420                          if (rv[1] <= FTINY)
421                                  d = 1.0;
422                          else
# Line 395 | Line 424 | register NORMDAT  *np;
424                          for (i = 0; i < 3; i++)
425                                  h[i] = np->pnorm[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
426                          d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
427 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
428 <                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
429 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) > FTINY) {
430 <                                rayvalue(&sr);
431 <                                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
432 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
433 <                                break;
427 >                        if (d <= np->pdot + FTINY)
428 >                                continue;
429 >                        VSUM(sr.rdir, r->rdir, h, d);
430 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)
431 >                                continue;
432 >                        checknorm(sr.rdir);
433 >                        if (specjitter > 1.5) { /* adjusted W-G-M-D weight */
434 >                                d = 2.*(1. - np->pdot/d);
435 >                                copycolor(sr.rcoef, scol);
436 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
437 >                                rayclear(&sr);
438                          }
439 +                        rayvalue(&sr);
440 +                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
441 +                        addcolor(r->rcol, sr.rcol);
442 +                        --ns2go;
443                  }
444                  ndims--;
445          }
446                                          /* compute transmission */
447 +        copycolor(sr.rcoef, np->mcolor);        /* modified by color */
448 +        scalecolor(sr.rcoef, np->tspec);
449          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
450 <                        rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
450 >                        rayorigin(&sr, SPECULAR, r, sr.rcoef) == 0) {
451 >                ns2go = 1;
452 >                if (specjitter > 1.5) { /* multiple samples? */
453 >                        ns2go = specjitter*sr.rweight + .5;
454 >                        if (sr.rweight <= minweight*ns2go)
455 >                                ns2go = sr.rweight/minweight;
456 >                        if (ns2go > 1) {
457 >                                d = 1./ns2go;
458 >                                scalecolor(sr.rcoef, d);
459 >                                sr.rweight *= d;
460 >                        } else
461 >                                ns2go = 1;
462 >                }
463                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
464 <                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
465 <                        if (niter)
464 >                for (niter = ns2go*MAXITER; (ns2go > 0) & (niter > 0); niter--) {
465 >                        if (specjitter > 1.5)
466                                  d = frandom();
467                          else
468                                  d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
# Line 419 | Line 470 | register NORMDAT  *np;
470                          d = 2.0*PI * rv[0];
471                          cosp = tcos(d);
472                          sinp = tsin(d);
473 <                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
473 >                        if ((0. <= specjitter) & (specjitter < 1.))
474 >                                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
475                          if (rv[1] <= FTINY)
476                                  d = 1.0;
477                          else
478                                  d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
479                          for (i = 0; i < 3; i++)
480                                  sr.rdir[i] = np->prdir[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
481 <                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY) {
482 <                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
483 <                                rayvalue(&sr);
484 <                                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
485 <                                multcolor(sr.rcol, np->mcolor); /* modified */
486 <                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
487 <                                break;
488 <                        }
481 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) >= -FTINY)
482 >                                continue;
483 >                        normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
484 >                        if (specjitter > 1.5)   /* multi-sampling */
485 >                                rayclear(&sr);
486 >                        rayvalue(&sr);
487 >                        multcolor(sr.rcol, sr.rcoef);
488 >                        addcolor(r->rcol, sr.rcol);
489 >                        --ns2go;
490                  }
491                  ndims--;
492          }

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> Changed lines