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 2.28 by greg, Wed Dec 21 09:51:49 1994 UTC vs.
Revision 2.49 by greg, Wed Jan 5 19:34:11 2005 UTC

# Line 1 | Line 1
1 – /* Copyright (c) 1992 Regents of the University of California */
2 –
1   #ifndef lint
2 < static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
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[] = "$SunId$ LBL";
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 */
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  
26 – extern int  backvis;                    /* back faces visible? */
29  
28 – static  gaussamp();
29 –
30   /*
31   *      This routine implements the isotropic Gaussian
32   *  model described by Ward in Siggraph `92 article.
# Line 64 | Line 64 | typedef struct {
64          double  pdot;           /* perturbed dot product */
65   }  NORMDAT;             /* normal material data */
66  
67 + static srcdirf_t dirnorm;
68 + static void gaussamp(RAY  *r, NORMDAT  *np);
69  
70 < dirnorm(cval, np, ldir, omega)          /* compute source contribution */
71 < COLOR  cval;                    /* returned coefficient */
72 < register NORMDAT  *np;          /* material data */
73 < FVECT  ldir;                    /* light source direction */
74 < double  omega;                  /* light source size */
70 >
71 > static void
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 +        register NORMDAT *np = nnp;
80          double  ldot;
81 +        double  lrdiff, ltdiff;
82          double  dtmp, d2;
83          FVECT  vtmp;
84          COLOR  ctmp;
# Line 83 | Line 90 | double  omega;                 /* light source size */
90          if (ldot < 0.0 ? np->trans <= FTINY : np->trans >= 1.0-FTINY)
91                  return;         /* wrong side */
92  
93 <        if (ldot > FTINY && np->rdiff > FTINY) {
93 >                                /* Fresnel estimate */
94 >        lrdiff = np->rdiff;
95 >        ltdiff = np->tdiff;
96 >        if (np->specfl & SP_PURE && np->rspec > FTINY &&
97 >                        (lrdiff > FTINY) | (ltdiff > FTINY)) {
98 >                dtmp = 1. - FRESNE(fabs(ldot));
99 >                lrdiff *= dtmp;
100 >                ltdiff *= dtmp;
101 >        }
102 >
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 * np->rdiff / PI;
110 >                dtmp = ldot * omega * lrdiff * (1.0/PI);
111                  scalecolor(ctmp, dtmp);
112                  addcolor(cval, ctmp);
113          }
# Line 103 | Line 120 | double  omega;                 /* light source size */
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];
126                  vtmp[1] = ldir[1] - np->rp->rdir[1];
# Line 112 | Line 129 | double  omega;                 /* light source size */
129                  d2 *= d2;
130                  d2 = (DOT(vtmp,vtmp) - d2) / d2;
131                                                  /* gaussian */
132 <                dtmp = exp(-d2/dtmp)/(4.*PI*dtmp);
132 >                dtmp = exp(-d2/dtmp)/(4.*PI * np->pdot * dtmp);
133                                                  /* worth using? */
134                  if (dtmp > FTINY) {
135                          copycolor(ctmp, np->scolor);
136 <                        dtmp *= omega * sqrt(ldot/np->pdot);
136 >                        dtmp *= omega;
137                          scalecolor(ctmp, dtmp);
138                          addcolor(cval, ctmp);
139                  }
140          }
141 <        if (ldot < -FTINY && np->tdiff > FTINY) {
141 >        if (ldot < -FTINY && ltdiff > FTINY) {
142                  /*
143                   *  Compute diffuse transmission.
144                   */
145                  copycolor(ctmp, np->mcolor);
146 <                dtmp = -ldot * omega * np->tdiff / PI;
146 >                dtmp = -ldot * omega * ltdiff * (1.0/PI);
147                  scalecolor(ctmp, dtmp);
148                  addcolor(cval, ctmp);
149          }
# Line 136 | Line 153 | double  omega;                 /* light source size */
153                   *  is always modified by material color.
154                   */
155                                                  /* roughness + source */
156 <                dtmp = np->alpha2 + omega/PI;
156 >                dtmp = np->alpha2 + omega*(1.0/PI);
157                                                  /* gaussian */
158 <                dtmp = exp((2.*DOT(np->prdir,ldir)-2.)/dtmp)/(PI*dtmp);
158 >                dtmp = exp((2.*DOT(np->prdir,ldir)-2.)/dtmp) /
159 >                                        (PI*np->pdot*dtmp);
160                                                  /* worth using? */
161                  if (dtmp > FTINY) {
162                          copycolor(ctmp, np->mcolor);
163 <                        dtmp *= np->tspec * omega * sqrt(-ldot/np->pdot);
163 >                        dtmp *= np->tspec * omega;
164                          scalecolor(ctmp, dtmp);
165                          addcolor(cval, ctmp);
166                  }
# Line 150 | Line 168 | double  omega;                 /* light source size */
168   }
169  
170  
171 < m_normal(m, r)                  /* color a ray that hit something normal */
172 < register OBJREC  *m;
173 < register RAY  *r;
171 > extern int
172 > m_normal(                       /* color a ray that hit something normal */
173 >        register OBJREC  *m,
174 >        register RAY  *r
175 > )
176   {
177          NORMDAT  nd;
178 +        double  fest;
179          double  transtest, transdist;
180 +        double  mirtest, mirdist;
181 +        int     hastexture;
182 +        double  d;
183          COLOR  ctmp;
184          register int  i;
185                                                  /* easy shadow test */
# Line 164 | Line 188 | register RAY  *r;
188  
189          if (m->oargs.nfargs != (m->otype == MAT_TRANS ? 7 : 5))
190                  objerror(m, USER, "bad number of arguments");
191 +                                                /* check for back side */
192 +        if (r->rod < 0.0) {
193 +                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS) {
194 +                        raytrans(r);
195 +                        return(1);
196 +                }
197 +                raytexture(r, m->omod);
198 +                flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
199 +        } else
200 +                raytexture(r, m->omod);
201          nd.mp = m;
202          nd.rp = r;
203                                                  /* get material color */
# Line 175 | Line 209 | register RAY  *r;
209          nd.alpha2 = m->oargs.farg[4];
210          if ((nd.alpha2 *= nd.alpha2) <= FTINY)
211                  nd.specfl |= SP_PURE;
212 <                                                /* check for back side */
213 <        if (r->rod < 0.0) {
214 <                if (!backvis && m->otype != MAT_TRANS) {
215 <                        raytrans(r);
216 <                        return(1);
217 <                }
184 <                flipsurface(r);                 /* reorient if backvis */
212 >
213 >        if ( (hastexture = (DOT(r->pert,r->pert) > FTINY*FTINY)) ) {
214 >                nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
215 >        } else {
216 >                VCOPY(nd.pnorm, r->ron);
217 >                nd.pdot = r->rod;
218          }
219 <                                                /* get modifiers */
220 <        raytexture(r, m->omod);
188 <        nd.pdot = raynormal(nd.pnorm, r);       /* perturb normal */
219 >        if (r->ro != NULL && isflat(r->ro->otype))
220 >                nd.specfl |= SP_FLAT;
221          if (nd.pdot < .001)
222                  nd.pdot = .001;                 /* non-zero for dirnorm() */
223          multcolor(nd.mcolor, r->pcol);          /* modify material color */
224 <        transtest = 0;
225 <        transdist = r->rot;
226 <                                                /* get specular component */
227 <        if ((nd.rspec = m->oargs.farg[3]) > FTINY) {
228 <                nd.specfl |= SP_REFL;
229 <                                                /* compute specular color */
230 <                if (m->otype == MAT_METAL)
231 <                        copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
232 <                else
201 <                        setcolor(nd.scolor, 1.0, 1.0, 1.0);
202 <                scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
203 <                                                /* check threshold */
204 <                if (!(nd.specfl & SP_PURE) && specthresh >= nd.rspec-FTINY)
205 <                        nd.specfl |= SP_RBLT;
206 <                                                /* compute reflected ray */
207 <                for (i = 0; i < 3; i++)
208 <                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.0*nd.pdot*nd.pnorm[i];
209 <                if (DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)     /* penetration? */
210 <                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
211 <                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
212 <
213 <                if (!(r->crtype & SHADOW) && nd.specfl & SP_PURE) {
214 <                        RAY  lr;
215 <                        if (rayorigin(&lr, r, REFLECTED, nd.rspec) == 0) {
216 <                                VCOPY(lr.rdir, nd.vrefl);
217 <                                rayvalue(&lr);
218 <                                multcolor(lr.rcol, nd.scolor);
219 <                                addcolor(r->rcol, lr.rcol);
220 <                        }
221 <                }
222 <        }
224 >        mirtest = transtest = 0;
225 >        mirdist = transdist = r->rot;
226 >        nd.rspec = m->oargs.farg[3];
227 >                                                /* compute Fresnel approx. */
228 >        if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rspec > FTINY) {
229 >                fest = FRESNE(r->rod);
230 >                nd.rspec += fest*(1. - nd.rspec);
231 >        } else
232 >                fest = 0.;
233                                                  /* compute transmission */
234          if (m->otype == MAT_TRANS) {
235                  nd.trans = m->oargs.farg[5]*(1.0 - nd.rspec);
# Line 231 | Line 241 | register RAY  *r;
241                          if (!(nd.specfl & SP_PURE) &&
242                                          specthresh >= nd.tspec-FTINY)
243                                  nd.specfl |= SP_TBLT;
244 <                        if (r->crtype & SHADOW ||
235 <                                        DOT(r->pert,r->pert) <= FTINY*FTINY) {
244 >                        if (!hastexture || r->crtype & SHADOW) {
245                                  VCOPY(nd.prdir, r->rdir);
246                                  transtest = 2;
247                          } else {
# Line 247 | Line 256 | register RAY  *r;
256          } else
257                  nd.tdiff = nd.tspec = nd.trans = 0.0;
258                                                  /* transmitted ray */
259 <        if ((nd.specfl&(SP_TRAN|SP_PURE)) == (SP_TRAN|SP_PURE)) {
259 >        if ((nd.specfl&(SP_TRAN|SP_PURE|SP_TBLT)) == (SP_TRAN|SP_PURE)) {
260                  RAY  lr;
261                  if (rayorigin(&lr, r, TRANS, nd.tspec) == 0) {
262                          VCOPY(lr.rdir, nd.prdir);
# Line 261 | Line 270 | register RAY  *r;
270          } else
271                  transtest = 0;
272  
273 <        if (r->crtype & SHADOW)                 /* the rest is shadow */
273 >        if (r->crtype & SHADOW) {               /* the rest is shadow */
274 >                r->rt = transdist;
275                  return(1);
276 +        }
277 +                                                /* get specular reflection */
278 +        if (nd.rspec > FTINY) {
279 +                nd.specfl |= SP_REFL;
280 +                                                /* compute specular color */
281 +                if (m->otype != MAT_METAL) {
282 +                        setcolor(nd.scolor, nd.rspec, nd.rspec, nd.rspec);
283 +                } else if (fest > FTINY) {
284 +                        d = nd.rspec*(1. - fest);
285 +                        for (i = 0; i < 3; i++)
286 +                                nd.scolor[i] = fest + nd.mcolor[i]*d;
287 +                } else {
288 +                        copycolor(nd.scolor, nd.mcolor);
289 +                        scalecolor(nd.scolor, nd.rspec);
290 +                }
291 +                                                /* check threshold */
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++)
296 +                        nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*nd.pdot*nd.pnorm[i];
297 +                                                /* penetration? */
298 +                if (hastexture && DOT(nd.vrefl, r->ron) <= FTINY)
299 +                        for (i = 0; i < 3; i++)         /* safety measure */
300 +                                nd.vrefl[i] = r->rdir[i] + 2.*r->rod*r->ron[i];
301 +        }
302 +                                                /* reflected ray */
303 +        if ((nd.specfl&(SP_REFL|SP_PURE|SP_RBLT)) == (SP_REFL|SP_PURE)) {
304 +                RAY  lr;
305 +                if (rayorigin(&lr, r, REFLECTED, nd.rspec) == 0) {
306 +                        VCOPY(lr.rdir, nd.vrefl);
307 +                        rayvalue(&lr);
308 +                        multcolor(lr.rcol, nd.scolor);
309 +                        addcolor(r->rcol, lr.rcol);
310 +                        if (!hastexture && nd.specfl & SP_FLAT) {
311 +                                mirtest = 2.*bright(lr.rcol);
312 +                                mirdist = r->rot + lr.rt;
313 +                        }
314 +                }
315 +        }
316                                                  /* diffuse reflection */
317          nd.rdiff = 1.0 - nd.trans - nd.rspec;
318  
319          if (nd.specfl & SP_PURE && nd.rdiff <= FTINY && nd.tdiff <= FTINY)
320                  return(1);                      /* 100% pure specular */
321  
322 <        if (r->ro != NULL && (r->ro->otype == OBJ_FACE ||
323 <                        r->ro->otype == OBJ_RING))
274 <                nd.specfl |= SP_FLAT;
322 >        if (!(nd.specfl & SP_PURE))
323 >                gaussamp(r, &nd);               /* checks *BLT flags */
324  
276 –        if (nd.specfl & (SP_REFL|SP_TRAN) && !(nd.specfl & SP_PURE))
277 –                gaussamp(r, &nd);
278 –
325          if (nd.rdiff > FTINY) {         /* ambient from this side */
326 <                ambient(ctmp, r);
326 >                ambient(ctmp, r, hastexture?nd.pnorm:r->ron);
327                  if (nd.specfl & SP_RBLT)
328                          scalecolor(ctmp, 1.0-nd.trans);
329                  else
# Line 287 | Line 333 | register RAY  *r;
333          }
334          if (nd.tdiff > FTINY) {         /* ambient from other side */
335                  flipsurface(r);
336 <                ambient(ctmp, r);
336 >                if (hastexture) {
337 >                        FVECT  bnorm;
338 >                        bnorm[0] = -nd.pnorm[0];
339 >                        bnorm[1] = -nd.pnorm[1];
340 >                        bnorm[2] = -nd.pnorm[2];
341 >                        ambient(ctmp, r, bnorm);
342 >                } else
343 >                        ambient(ctmp, r, r->ron);
344                  if (nd.specfl & SP_TBLT)
345                          scalecolor(ctmp, nd.trans);
346                  else
# Line 299 | Line 352 | register RAY  *r;
352                                          /* add direct component */
353          direct(r, dirnorm, &nd);
354                                          /* check distance */
355 <        if (transtest > bright(r->rcol))
355 >        d = bright(r->rcol);
356 >        if (transtest > d)
357                  r->rt = transdist;
358 +        else if (mirtest > d)
359 +                r->rt = mirdist;
360  
361          return(1);
362   }
363  
364  
365 < static
366 < gaussamp(r, np)                 /* sample gaussian specular */
367 < RAY  *r;
368 < register NORMDAT  *np;
365 > static void
366 > gaussamp(                       /* sample gaussian specular */
367 >        RAY  *r,
368 >        register NORMDAT  *np
369 > )
370   {
371          RAY  sr;
372          FVECT  u, v, h;
373          double  rv[2];
374          double  d, sinp, cosp;
375 +        int  niter;
376          register int  i;
377                                          /* quick test */
378          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) != SP_REFL &&
# Line 333 | Line 391 | register NORMDAT  *np;
391          if ((np->specfl & (SP_REFL|SP_RBLT)) == SP_REFL &&
392                          rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->rspec) == 0) {
393                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
394 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
395 <                multisamp(rv, 2, d);
396 <                d = 2.0*PI * rv[0];
397 <                cosp = cos(d);
398 <                sinp = sin(d);
399 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
400 <                if (rv[1] <= FTINY)
401 <                        d = 1.0;
402 <                else
403 <                        d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
404 <                for (i = 0; i < 3; i++)
405 <                        h[i] = np->pnorm[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
406 <                d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
407 <                for (i = 0; i < 3; i++)
408 <                        sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
409 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) <= FTINY)
410 <                        VCOPY(sr.rdir, np->vrefl);      /* jitter no good */
411 <                rayvalue(&sr);
412 <                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
413 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
394 >                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
395 >                        if (niter)
396 >                                d = frandom();
397 >                        else
398 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+samplendx);
399 >                        multisamp(rv, 2, d);
400 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
401 >                        cosp = tcos(d);
402 >                        sinp = tsin(d);
403 >                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
404 >                        if (rv[1] <= FTINY)
405 >                                d = 1.0;
406 >                        else
407 >                                d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
408 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
409 >                                h[i] = np->pnorm[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
410 >                        d = -2.0 * DOT(h, r->rdir) / (1.0 + d*d);
411 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
412 >                                sr.rdir[i] = r->rdir[i] + d*h[i];
413 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) > FTINY) {
414 >                                rayvalue(&sr);
415 >                                multcolor(sr.rcol, np->scolor);
416 >                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
417 >                                break;
418 >                        }
419 >                }
420                  ndims--;
421          }
422                                          /* compute transmission */
423          if ((np->specfl & (SP_TRAN|SP_TBLT)) == SP_TRAN &&
424                          rayorigin(&sr, r, SPECULAR, np->tspec) == 0) {
425                  dimlist[ndims++] = (int)np->mp;
426 <                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
427 <                multisamp(rv, 2, d);
428 <                d = 2.0*PI * rv[0];
429 <                cosp = cos(d);
430 <                sinp = sin(d);
431 <                rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
432 <                if (rv[1] <= FTINY)
433 <                        d = 1.0;
434 <                else
435 <                        d = sqrt( -log(rv[1]) * np->alpha2 );
436 <                for (i = 0; i < 3; i++)
437 <                        sr.rdir[i] = np->prdir[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
438 <                if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY)
439 <                        normalize(sr.rdir);             /* OK, normalize */
440 <                else
441 <                        VCOPY(sr.rdir, np->prdir);      /* else no jitter */
442 <                rayvalue(&sr);
443 <                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
444 <                multcolor(sr.rcol, np->mcolor);         /* modified by color */
445 <                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
426 >                for (niter = 0; niter < MAXITER; niter++) {
427 >                        if (niter)
428 >                                d = frandom();
429 >                        else
430 >                                d = urand(ilhash(dimlist,ndims)+1823+samplendx);
431 >                        multisamp(rv, 2, d);
432 >                        d = 2.0*PI * rv[0];
433 >                        cosp = tcos(d);
434 >                        sinp = tsin(d);
435 >                        rv[1] = 1.0 - specjitter*rv[1];
436 >                        if (rv[1] <= FTINY)
437 >                                d = 1.0;
438 >                        else
439 >                                d = sqrt( np->alpha2 * -log(rv[1]) );
440 >                        for (i = 0; i < 3; i++)
441 >                                sr.rdir[i] = np->prdir[i] + d*(cosp*u[i] + sinp*v[i]);
442 >                        if (DOT(sr.rdir, r->ron) < -FTINY) {
443 >                                normalize(sr.rdir);     /* OK, normalize */
444 >                                rayvalue(&sr);
445 >                                scalecolor(sr.rcol, np->tspec);
446 >                                multcolor(sr.rcol, np->mcolor); /* modified */
447 >                                addcolor(r->rcol, sr.rcol);
448 >                                break;
449 >                        }
450 >                }
451                  ndims--;
452          }
453   }

Diff Legend

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