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

Comparing ray/src/rt/raytrace.c (file contents):
Revision 2.43 by greg, Tue Sep 9 03:28:43 2003 UTC vs.
Revision 2.73 by greg, Tue Nov 13 19:58:33 2018 UTC

# Line 10 | Line 10 | static const char RCSid[] = "$Id$";
10   #include "copyright.h"
11  
12   #include  "ray.h"
13 <
13 > #include  "source.h"
14   #include  "otypes.h"
15 –
15   #include  "otspecial.h"
16 + #include  "random.h"
17 + #include  "pmap.h"
18  
19   #define  MAXCSET        ((MAXSET+1)*2-1)        /* maximum check set size */
20  
21 < unsigned long  raynum = 0;              /* next unique ray number */
22 < unsigned long  nrays = 0;               /* number of calls to localhit */
21 > RNUMBER  raynum = 0;            /* next unique ray number */
22 > RNUMBER  nrays = 0;             /* number of calls to localhit */
23  
24   static RREAL  Lambfa[5] = {PI, PI, PI, 0.0, 0.0};
25   OBJREC  Lamb = {
26          OVOID, MAT_PLASTIC, "Lambertian",
27 <        {0, 5, NULL, Lambfa}, NULL,
27 >        {NULL, Lambfa, 0, 5}, NULL
28   };                                      /* a Lambertian surface */
29  
30   OBJREC  Aftplane;                       /* aft clipping plane object */
31  
31 – static int  raymove(), checkhit();
32 – static void  checkset();
33 –
34 – #ifndef  MAXLOOP
35 – #define  MAXLOOP        0               /* modifier loop detection */
36 – #endif
37 –
32   #define  RAYHIT         (-1)            /* return value for intercepted ray */
33  
34 + static int raymove(FVECT  pos, OBJECT  *cxs, int  dirf, RAY  *r, CUBE  *cu);
35 + static int checkhit(RAY  *r, CUBE  *cu, OBJECT  *cxs);
36 + static void checkset(OBJECT  *os, OBJECT  *cs);
37  
38 +
39   int
40 < rayorigin(r, ro, rt, rw)                /* start new ray from old one */
41 < register RAY  *r, *ro;
42 < int  rt;
43 < double  rw;
40 > rayorigin(              /* start new ray from old one */
41 >        RAY  *r,
42 >        int  rt,
43 >        const RAY  *ro,
44 >        const COLOR rc
45 > )
46   {
47 <        double  re;
48 <
47 >        double  rw, re;
48 >                                                /* assign coefficient/weight */
49 >        if (rc == NULL) {
50 >                rw = 1.0;
51 >                setcolor(r->rcoef, 1., 1., 1.);
52 >        } else {
53 >                rw = intens(rc);
54 >                if (rw > 1.0)
55 >                        rw = 1.0;               /* avoid calculation growth */
56 >                if (rc != r->rcoef)
57 >                        copycolor(r->rcoef, rc);
58 >        }
59          if ((r->parent = ro) == NULL) {         /* primary ray */
60                  r->rlvl = 0;
61                  r->rweight = rw;
# Line 58 | Line 68 | double  rw;
68                  r->gecc = seccg;
69                  r->slights = NULL;
70          } else {                                /* spawned ray */
71 +                if (ro->rot >= FHUGE) {
72 +                        memset(r, 0, sizeof(RAY));
73 +                        return(-1);             /* illegal continuation */
74 +                }
75                  r->rlvl = ro->rlvl;
76                  if (rt & RAYREFL) {
77                          r->rlvl++;
# Line 77 | Line 91 | double  rw;
91                  r->crtype = ro->crtype | (r->rtype = rt);
92                  VCOPY(r->rorg, ro->rop);
93                  r->rweight = ro->rweight * rw;
94 <                                                /* estimate absorption */
94 >                                                /* estimate extinction */
95                  re = colval(ro->cext,RED) < colval(ro->cext,GRN) ?
96                                  colval(ro->cext,RED) : colval(ro->cext,GRN);
97                  if (colval(ro->cext,BLU) < re) re = colval(ro->cext,BLU);
98 <                if (re > 0.)
99 <                        r->rweight *= exp(-re*ro->rot);
98 >                re *= ro->rot;
99 >                if (re > 0.1) {
100 >                        if (re > 92.) {
101 >                                r->rweight = 0.0;
102 >                        } else {
103 >                                r->rweight *= exp(-re);
104 >                        }
105 >                }
106          }
107          rayclear(r);
108 <        return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
108 >        if (r->rweight <= 0.0)                  /* check for expiration */
109 >                return(-1);
110 >        if (r->crtype & SHADOW)                 /* shadow commitment */
111 >                return(0);
112 >                                                /* ambient in photon map? */
113 >        if (ro != NULL && ro->crtype & AMBIENT) {
114 >                if (causticPhotonMapping)
115 >                        return(-1);
116 >                if (photonMapping && rt != TRANS)
117 >                        return(-1);
118 >        }
119 >        if (maxdepth <= 0 && rc != NULL) {      /* Russian roulette */
120 >                if (minweight <= 0.0)
121 >                        error(USER, "zero ray weight in Russian roulette");
122 >                if (maxdepth < 0 && r->rlvl > -maxdepth)
123 >                        return(-1);             /* upper reflection limit */
124 >                if (r->rweight >= minweight)
125 >                        return(0);
126 >                if (frandom() > r->rweight/minweight)
127 >                        return(-1);
128 >                rw = minweight/r->rweight;      /* promote survivor */
129 >                scalecolor(r->rcoef, rw);
130 >                r->rweight = minweight;
131 >                return(0);
132 >        }
133 >        return(r->rweight >= minweight && r->rlvl <= abs(maxdepth) ? 0 : -1);
134   }
135  
136  
137   void
138 < rayclear(r)                     /* clear a ray for (re)evaluation */
139 < register RAY  *r;
138 > rayclear(                       /* clear a ray for (re)evaluation */
139 >        RAY  *r
140 > )
141   {
142          r->rno = raynum++;
143          r->newcset = r->clipset;
# Line 99 | Line 145 | register RAY  *r;
145          r->robj = OVOID;
146          r->ro = NULL;
147          r->rox = NULL;
148 <        r->rt = r->rot = FHUGE;
148 >        r->rxt = r->rmt = r->rot = FHUGE;
149          r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
150          r->uv[0] = r->uv[1] = 0.0;
151          setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
152 +        setcolor(r->mcol, 0.0, 0.0, 0.0);
153          setcolor(r->rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
154   }
155  
156  
157   void
158 < raytrace(r)                     /* trace a ray and compute its value */
159 < RAY  *r;
158 > raytrace(                       /* trace a ray and compute its value */
159 >        RAY  *r
160 > )
161   {
162          if (localhit(r, &thescene))
163                  raycont(r);             /* hit local surface, evaluate */
# Line 119 | Line 167 | RAY  *r;
167          } else if (sourcehit(r))
168                  rayshade(r, r->ro->omod);       /* distant source */
169  
122 –        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
123 –
170          if (trace != NULL)
171                  (*trace)(r);            /* trace execution */
172 +
173 +        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
174   }
175  
176  
177   void
178 < raycont(r)                      /* check for clipped object and continue */
179 < register RAY  *r;
178 > raycont(                        /* check for clipped object and continue */
179 >        RAY  *r
180 > )
181   {
182          if ((r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod)) ||
183                          !rayshade(r, r->ro->omod))
# Line 137 | Line 186 | register RAY  *r;
186  
187  
188   void
189 < raytrans(r)                     /* transmit ray as is */
190 < register RAY  *r;
189 > raytrans(                       /* transmit ray as is */
190 >        RAY  *r
191 > )
192   {
193          RAY  tr;
194  
195 <        if (rayorigin(&tr, r, TRANS, 1.0) == 0) {
196 <                VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
197 <                rayvalue(&tr);
198 <                copycolor(r->rcol, tr.rcol);
199 <                r->rt = r->rot + tr.rt;
200 <        }
195 >        rayorigin(&tr, TRANS, r, NULL);         /* always continue */
196 >        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
197 >        rayvalue(&tr);
198 >        copycolor(r->rcol, tr.rcol);
199 >        r->rmt = r->rot + tr.rmt;
200 >        r->rxt = r->rot + tr.rxt;
201   }
202  
203  
204   int
205 < rayshade(r, mod)                /* shade ray r with material mod */
206 < register RAY  *r;
207 < int  mod;
205 > rayshade(               /* shade ray r with material mod */
206 >        RAY  *r,
207 >        int  mod
208 > )
209   {
210 <        int  gotmat;
211 <        register OBJREC  *m;
212 < #if  MAXLOOP
213 <        static int  depth = 0;
163 <                                        /* check for infinite loop */
164 <        if (depth++ >= MAXLOOP)
165 <                objerror(r->ro, USER, "possible modifier loop");
166 < #endif
167 <        r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
168 <        for (gotmat = 0; !gotmat && mod != OVOID; mod = m->omod) {
210 >        OBJREC  *m;
211 >
212 >        r->rxt = r->rmt = r->rot;       /* preset effective ray length */
213 >        for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
214                  m = objptr(mod);
215                  /****** unnecessary test since modifier() is always called
216                  if (!ismodifier(m->otype)) {
# Line 175 | Line 220 | int  mod;
220                  ******/
221                                          /* hack for irradiance calculation */
222                  if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS)) &&
223 <                                m->otype != MAT_CLIP &&
224 <                                (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X))) {
225 <                        if (irr_ignore(m->otype)) {
181 < #if  MAXLOOP
182 <                                depth--;
183 < #endif
223 >                                (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X)) &&
224 >                                m->otype != MAT_CLIP) {
225 >                        if (istransp(m->otype) || isBSDFproxy(m)) {
226                                  raytrans(r);
227                                  return(1);
228                          }
229                          if (!islight(m->otype))
230                                  m = &Lamb;
231                  }
232 <                                        /* materials call raytexture */
233 <                gotmat = (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
232 >                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r))
233 >                        return(1);      /* materials call raytexture() */
234          }
235 < #if  MAXLOOP
194 <        depth--;
195 < #endif
196 <        return(gotmat);
235 >        return(0);                      /* no material! */
236   }
237  
238  
239   void
240 < rayparticipate(r)                       /* compute ray medium participation */
241 < register RAY  *r;
240 > rayparticipate(                 /* compute ray medium participation */
241 >        RAY  *r
242 > )
243   {
244          COLOR   ce, ca;
245          double  re, ge, be;
# Line 214 | Line 254 | register RAY  *r;
254                  ge *= 1. - colval(r->albedo,GRN);
255                  be *= 1. - colval(r->albedo,BLU);
256          }
257 <        setcolor(ce,    re<=0. ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
258 <                        ge<=0. ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
259 <                        be<=0. ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
260 <        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path absorption */
257 >        setcolor(ce,    re<=FTINY ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
258 >                        ge<=FTINY ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
259 >                        be<=FTINY ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
260 >        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path extinction */
261          if (r->crtype & SHADOW || intens(r->albedo) <= FTINY)
262                  return;                         /* no scattering */
263 <        setcolor(ca,
264 <                colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
265 <                colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
266 <                colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
267 <        addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
263 >        
264 >        /* PMAP: indirect inscattering accounted for by volume photons? */
265 >        if (!volumePhotonMapping) {
266 >                setcolor(ca,
267 >                        colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
268 >                        colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
269 >                        colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
270 >                addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
271 >        }
272 >        
273          srcscatter(r);                          /* source in scattering */
274   }
275  
276  
277   void
278 < raytexture(r, mod)                      /* get material modifiers */
279 < RAY  *r;
280 < OBJECT  mod;
278 > raytexture(                     /* get material modifiers */
279 >        RAY  *r,
280 >        OBJECT  mod
281 > )
282   {
283 <        register OBJREC  *m;
238 < #if  MAXLOOP
239 <        static int  depth = 0;
240 <                                        /* check for infinite loop */
241 <        if (depth++ >= MAXLOOP)
242 <                objerror(r->ro, USER, "modifier loop");
243 < #endif
283 >        OBJREC  *m;
284                                          /* execute textures and patterns */
285          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
286                  m = objptr(mod);
# Line 256 | Line 296 | OBJECT  mod;
296                          objerror(r->ro, USER, errmsg);
297                  }
298          }
259 – #if  MAXLOOP
260 –        depth--;                        /* end here */
261 – #endif
299   }
300  
301  
302   int
303 < raymixture(r, fore, back, coef)         /* mix modifiers */
304 < register RAY  *r;
305 < OBJECT  fore, back;
306 < double  coef;
303 > raymixture(             /* mix modifiers */
304 >        RAY  *r,
305 >        OBJECT  fore,
306 >        OBJECT  back,
307 >        double  coef
308 > )
309   {
310          RAY  fr, br;
311 +        double  mfore, mback;
312          int  foremat, backmat;
313 <        register int  i;
313 >        int  i;
314                                          /* bound coefficient */
315          if (coef > 1.0)
316                  coef = 1.0;
# Line 280 | Line 320 | double  coef;
320          foremat = backmat = 0;
321                                          /* foreground */
322          fr = *r;
323 <        if (coef > FTINY)
323 >        if (coef > FTINY) {
324 >                fr.rweight *= coef;
325 >                scalecolor(fr.rcoef, coef);
326                  foremat = rayshade(&fr, fore);
327 +        }
328                                          /* background */
329          br = *r;
330 <        if (coef < 1.0-FTINY)
330 >        if (coef < 1.0-FTINY) {
331 >                br.rweight *= 1.0-coef;
332 >                scalecolor(br.rcoef, 1.0-coef);
333                  backmat = rayshade(&br, back);
334 +        }
335                                          /* check for transparency */
336          if (backmat ^ foremat) {
337                  if (backmat && coef > FTINY)
# Line 309 | Line 355 | double  coef;
355          scalecolor(br.rcol, 1.0-coef);
356          copycolor(r->rcol, fr.rcol);
357          addcolor(r->rcol, br.rcol);
358 <        r->rt = bright(fr.rcol) > bright(br.rcol) ? fr.rt : br.rt;
358 >        mfore = bright(fr.mcol); mback = bright(br.mcol);
359 >        r->rmt = mfore > mback ? fr.rmt : br.rmt;
360 >        r->rxt = bright(fr.rcol)-mfore > bright(br.rcol)-mback ?
361 >                        fr.rxt : br.rxt;
362          return(1);
363   }
364  
365  
366   double
367 < raydist(r, flags)               /* compute (cumulative) ray distance */
368 < register RAY  *r;
369 < register int  flags;
367 > raydist(                /* compute (cumulative) ray distance */
368 >        const RAY  *r,
369 >        int  flags
370 > )
371   {
372          double  sum = 0.0;
373  
# Line 329 | Line 379 | register int  flags;
379   }
380  
381  
382 + void
383 + raycontrib(             /* compute (cumulative) ray contribution */
384 +        RREAL  rc[3],
385 +        const RAY  *r,
386 +        int  flags
387 + )
388 + {
389 +        double  eext[3];
390 +        int     i;
391 +
392 +        eext[0] = eext[1] = eext[2] = 0.;
393 +        rc[0] = rc[1] = rc[2] = 1.;
394 +
395 +        while (r != NULL && r->crtype&flags) {
396 +                for (i = 3; i--; ) {
397 +                        rc[i] *= colval(r->rcoef,i);
398 +                        eext[i] += r->rot * colval(r->cext,i);
399 +                }
400 +                r = r->parent;
401 +        }
402 +        for (i = 3; i--; )
403 +                rc[i] *= (eext[i] <= FTINY) ? 1. :
404 +                                (eext[i] > 92.) ? 0. : exp(-eext[i]);
405 + }
406 +
407 +
408   double
409 < raynormal(norm, r)              /* compute perturbed normal for ray */
410 < FVECT  norm;
411 < register RAY  *r;
409 > raynormal(              /* compute perturbed normal for ray */
410 >        FVECT  norm,
411 >        RAY  *r
412 > )
413   {
414          double  newdot;
415 <        register int  i;
415 >        int  i;
416  
417          /*      The perturbation is added to the surface normal to obtain
418           *  the new normal.  If the new normal would affect the surface
# Line 365 | Line 442 | register RAY  *r;
442  
443  
444   void
445 < newrayxf(r)                     /* get new tranformation matrix for ray */
446 < RAY  *r;
445 > newrayxf(                       /* get new tranformation matrix for ray */
446 >        RAY  *r
447 > )
448   {
449          static struct xfn {
450                  struct xfn  *next;
451                  FULLXF  xf;
452          }  xfseed = { &xfseed }, *xflast = &xfseed;
453 <        register struct xfn  *xp;
454 <        register RAY  *rp;
453 >        struct xfn  *xp;
454 >        const RAY  *rp;
455  
456          /*
457           * Search for transform in circular list that
# Line 384 | Line 462 | RAY  *r;
462                  if (rp->rox == &xp->xf) {               /* xp in use */
463                          xp = xp->next;                  /* move to next */
464                          if (xp == xflast) {             /* need new one */
465 <                                xp = (struct xfn *)malloc(sizeof(struct xfn));
465 >                                xp = (struct xfn *)bmalloc(sizeof(struct xfn));
466                                  if (xp == NULL)
467                                          error(SYSTEM,
468                                                  "out of memory in newrayxf");
# Line 402 | Line 480 | RAY  *r;
480  
481  
482   void
483 < flipsurface(r)                  /* reverse surface orientation */
484 < register RAY  *r;
483 > flipsurface(                    /* reverse surface orientation */
484 >        RAY  *r
485 > )
486   {
487          r->rod = -r->rod;
488          r->ron[0] = -r->ron[0];
# Line 416 | Line 495 | register RAY  *r;
495  
496  
497   void
498 < rayhit(oset, r)                 /* standard ray hit test */
499 < OBJECT  *oset;
500 < RAY  *r;
498 > rayhit(                 /* standard ray hit test */
499 >        OBJECT  *oset,
500 >        RAY  *r
501 > )
502   {
503          OBJREC  *o;
504          int     i;
# Line 432 | Line 512 | RAY  *r;
512  
513  
514   int
515 < localhit(r, scene)              /* check for hit in the octree */
516 < register RAY  *r;
517 < register CUBE  *scene;
515 > localhit(               /* check for hit in the octree */
516 >        RAY  *r,
517 >        CUBE  *scene
518 > )
519   {
520          OBJECT  cxset[MAXCSET+1];       /* set of checked objects */
521          FVECT  curpos;                  /* current cube position */
522          int  sflags;                    /* sign flags */
523          double  t, dt;
524 <        register int  i;
524 >        int  i;
525  
526          nrays++;                        /* increment trace counter */
527          sflags = 0;
# Line 451 | Line 532 | register CUBE  *scene;
532                  else if (r->rdir[i] < -1e-7)
533                          sflags |= 0x10 << i;
534          }
535 <        if (sflags == 0)
536 <                error(CONSISTENCY, "zero ray direction in localhit");
535 >        if (!sflags) {
536 >                error(WARNING, "zero ray direction in localhit");
537 >                return(0);
538 >        }
539                                          /* start off assuming nothing hit */
540          if (r->rmax > FTINY) {          /* except aft plane if one */
541                  r->ro = &Aftplane;
542                  r->rot = r->rmax;
543 <                for (i = 0; i < 3; i++)
461 <                        r->rop[i] = r->rorg[i] + r->rot*r->rdir[i];
543 >                VSUM(r->rop, r->rorg, r->rdir, r->rot);
544          }
545                                          /* find global cube entrance point */
546          t = 0.0;
# Line 481 | Line 563 | register CUBE  *scene;
563                  if (t >= r->rot)        /* clipped already */
564                          return(0);
565                                          /* advance position */
566 <                for (i = 0; i < 3; i++)
485 <                        curpos[i] += r->rdir[i]*t;
566 >                VSUM(curpos, curpos, r->rdir, t);
567  
568                  if (!incube(scene, curpos))     /* non-intersecting ray */
569                          return(0);
# Line 494 | Line 575 | register CUBE  *scene;
575  
576  
577   static int
578 < raymove(pos, cxs, dirf, r, cu)          /* check for hit as we move */
579 < FVECT  pos;                     /* current position, modified herein */
580 < OBJECT  *cxs;                   /* checked objects, modified by checkhit */
581 < int  dirf;                      /* direction indicators to speed tests */
582 < register RAY  *r;
583 < register CUBE  *cu;
578 > raymove(                /* check for hit as we move */
579 >        FVECT  pos,                     /* current position, modified herein */
580 >        OBJECT  *cxs,                   /* checked objects, modified by checkhit */
581 >        int  dirf,                      /* direction indicators to speed tests */
582 >        RAY  *r,
583 >        CUBE  *cu
584 > )
585   {
586          int  ax;
587          double  dt, t;
588  
589          if (istree(cu->cutree)) {               /* recurse on subcubes */
590                  CUBE  cukid;
591 <                register int  br, sgn;
591 >                int  br, sgn;
592  
593                  cukid.cusize = cu->cusize * 0.5;        /* find subcube */
594                  VCOPY(cukid.cuorg, cu->cuorg);
# Line 572 | Line 654 | register CUBE  *cu;
654                          ax = 2;
655                  }
656          }
657 <        pos[0] += r->rdir[0]*t;
576 <        pos[1] += r->rdir[1]*t;
577 <        pos[2] += r->rdir[2]*t;
657 >        VSUM(pos, pos, r->rdir, t);
658          return(ax);
659   }
660  
661  
662   static int
663 < checkhit(r, cu, cxs)            /* check for hit in full cube */
664 < register RAY  *r;
665 < CUBE  *cu;
666 < OBJECT  *cxs;
663 > checkhit(               /* check for hit in full cube */
664 >        RAY  *r,
665 >        CUBE  *cu,
666 >        OBJECT  *cxs
667 > )
668   {
669          OBJECT  oset[MAXSET+1];
670  
# Line 600 | Line 681 | OBJECT  *cxs;
681  
682  
683   static void
684 < checkset(os, cs)                /* modify checked set and set to check */
685 < register OBJECT  *os;                   /* os' = os - cs */
686 < register OBJECT  *cs;                   /* cs' = cs + os */
684 > checkset(               /* modify checked set and set to check */
685 >        OBJECT  *os,                    /* os' = os - cs */
686 >        OBJECT  *cs                     /* cs' = cs + os */
687 > )
688   {
689          OBJECT  cset[MAXCSET+MAXSET+1];
690 <        register int  i, j;
690 >        int  i, j;
691          int  k;
692                                          /* copy os in place, cset <- cs */
693          cset[0] = 0;

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