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

Comparing ray/src/rt/raytrace.c (file contents):
Revision 2.27 by greg, Wed Apr 24 16:27:56 1996 UTC vs.
Revision 2.60 by greg, Sat Dec 12 00:03:42 2009 UTC

# Line 1 | Line 1
1 – /* Copyright (c) 1996 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   *  raytrace.c - routines for tracing and shading rays.
6   *
7 < *     8/7/85
7 > *  External symbols declared in ray.h
8   */
9  
10 < #include  "ray.h"
10 > #include "copyright.h"
11  
12 < #include  "octree.h"
13 <
12 > #include  "ray.h"
13 > #include  "source.h"
14   #include  "otypes.h"
18 –
15   #include  "otspecial.h"
16 + #include  "random.h"
17  
18   #define  MAXCSET        ((MAXSET+1)*2-1)        /* maximum check set size */
19  
20 < extern CUBE  thescene;                  /* our scene */
21 < extern int  maxdepth;                   /* maximum recursion depth */
25 < extern double  minweight;               /* minimum ray weight */
26 < extern int  do_irrad;                   /* compute irradiance? */
27 < extern COLOR  ambval;                   /* ambient value */
20 > RNUMBER  raynum = 0;            /* next unique ray number */
21 > RNUMBER  nrays = 0;             /* number of calls to localhit */
22  
23 < extern COLOR  cextinction;              /* global extinction coefficient */
30 < extern COLOR  salbedo;                  /* global scattering albedo */
31 < extern double  seccg;                   /* global scattering eccentricity */
32 < extern double  ssampdist;               /* scatter sampling distance */
33 <
34 < unsigned long  raynum = 0;              /* next unique ray number */
35 < unsigned long  nrays = 0;               /* number of calls to localhit */
36 <
37 < static FLOAT  Lambfa[5] = {PI, PI, PI, 0.0, 0.0};
23 > static RREAL  Lambfa[5] = {PI, PI, PI, 0.0, 0.0};
24   OBJREC  Lamb = {
25          OVOID, MAT_PLASTIC, "Lambertian",
26 <        {0, 5, NULL, Lambfa}, NULL,
26 >        {NULL, Lambfa, 0, 5}, NULL
27   };                                      /* a Lambertian surface */
28  
29   OBJREC  Aftplane;                       /* aft clipping plane object */
30  
45 – static int  raymove(), checkset(), checkhit();
46 –
47 – #define  MAXLOOP        128             /* modifier loop detection */
48 –
31   #define  RAYHIT         (-1)            /* return value for intercepted ray */
32  
33 + static int raymove(FVECT  pos, OBJECT  *cxs, int  dirf, RAY  *r, CUBE  *cu);
34 + static int checkhit(RAY  *r, CUBE  *cu, OBJECT  *cxs);
35 + static void checkset(OBJECT  *os, OBJECT  *cs);
36  
37 < rayorigin(r, ro, rt, rw)                /* start new ray from old one */
38 < register RAY  *r, *ro;
39 < int  rt;
40 < double  rw;
37 >
38 > extern int
39 > rayorigin(              /* start new ray from old one */
40 >        RAY  *r,
41 >        int  rt,
42 >        const RAY  *ro,
43 >        const COLOR rc
44 > )
45   {
46 +        double  rw, re;
47 +                                                /* assign coefficient/weight */
48 +        if (rc == NULL) {
49 +                rw = 1.0;
50 +                setcolor(r->rcoef, 1., 1., 1.);
51 +        } else {
52 +                rw = intens(rc);
53 +                if (rc != r->rcoef)
54 +                        copycolor(r->rcoef, rc);
55 +        }
56          if ((r->parent = ro) == NULL) {         /* primary ray */
57                  r->rlvl = 0;
58                  r->rweight = rw;
# Line 66 | Line 65 | double  rw;
65                  r->gecc = seccg;
66                  r->slights = NULL;
67          } else {                                /* spawned ray */
68 +                if (ro->rot >= FHUGE) {
69 +                        memset(r, 0, sizeof(RAY));
70 +                        return(-1);             /* illegal continuation */
71 +                }
72                  r->rlvl = ro->rlvl;
73                  if (rt & RAYREFL) {
74                          r->rlvl++;
# Line 82 | Line 85 | double  rw;
85                  copycolor(r->albedo, ro->albedo);
86                  r->gecc = ro->gecc;
87                  r->slights = ro->slights;
85 –                r->rweight = ro->rweight * rw;
88                  r->crtype = ro->crtype | (r->rtype = rt);
89                  VCOPY(r->rorg, ro->rop);
90 +                r->rweight = ro->rweight * rw;
91 +                                                /* estimate extinction */
92 +                re = colval(ro->cext,RED) < colval(ro->cext,GRN) ?
93 +                                colval(ro->cext,RED) : colval(ro->cext,GRN);
94 +                if (colval(ro->cext,BLU) < re) re = colval(ro->cext,BLU);
95 +                re *= ro->rot;
96 +                if (re > 0.1) {
97 +                        if (re > 92.) {
98 +                                r->rweight = 0.0;
99 +                        } else {
100 +                                r->rweight *= exp(-re);
101 +                        }
102 +                }
103          }
104          rayclear(r);
105 <        return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
105 >        if (r->rweight <= 0.0)                  /* check for expiration */
106 >                return(-1);
107 >        if (r->crtype & SHADOW)                 /* shadow commitment */
108 >                return(0);
109 >        if (maxdepth <= 0 && rc != NULL) {      /* Russian roulette */
110 >                if (minweight <= 0.0)
111 >                        error(USER, "zero ray weight in Russian roulette");
112 >                if (maxdepth < 0 && r->rlvl > -maxdepth)
113 >                        return(-1);             /* upper reflection limit */
114 >                if (r->rweight >= minweight)
115 >                        return(0);
116 >                if (frandom() > r->rweight/minweight)
117 >                        return(-1);
118 >                rw = minweight/r->rweight;      /* promote survivor */
119 >                scalecolor(r->rcoef, rw);
120 >                r->rweight = minweight;
121 >                return(0);
122 >        }
123 >        return(r->rlvl <= abs(maxdepth) && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
124   }
125  
126  
127 < rayclear(r)                     /* clear a ray for (re)evaluation */
128 < register RAY  *r;
127 > extern void
128 > rayclear(                       /* clear a ray for (re)evaluation */
129 >        register RAY  *r
130 > )
131   {
132          r->rno = raynum++;
133          r->newcset = r->clipset;
134 +        r->hitf = rayhit;
135 +        r->robj = OVOID;
136          r->ro = NULL;
137 <        r->rot = FHUGE;
137 >        r->rox = NULL;
138 >        r->rt = r->rot = FHUGE;
139          r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
140 +        r->uv[0] = r->uv[1] = 0.0;
141          setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
142          setcolor(r->rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
104 –        r->rt = 0.0;
143   }
144  
145  
146 < raytrace(r)                     /* trace a ray and compute its value */
147 < RAY  *r;
146 > extern void
147 > raytrace(                       /* trace a ray and compute its value */
148 >        RAY  *r
149 > )
150   {
111 –        extern int  (*trace)();
112 –
151          if (localhit(r, &thescene))
152                  raycont(r);             /* hit local surface, evaluate */
153          else if (r->ro == &Aftplane) {
# Line 118 | Line 156 | RAY  *r;
156          } else if (sourcehit(r))
157                  rayshade(r, r->ro->omod);       /* distant source */
158  
121 –        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
122 –
159          if (trace != NULL)
160                  (*trace)(r);            /* trace execution */
161 +
162 +        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
163   }
164  
165  
166 < raycont(r)                      /* check for clipped object and continue */
167 < register RAY  *r;
166 > extern void
167 > raycont(                        /* check for clipped object and continue */
168 >        register RAY  *r
169 > )
170   {
171          if ((r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod)) ||
172                          !rayshade(r, r->ro->omod))
# Line 134 | Line 174 | register RAY  *r;
174   }
175  
176  
177 < raytrans(r)                     /* transmit ray as is */
178 < register RAY  *r;
177 > extern void
178 > raytrans(                       /* transmit ray as is */
179 >        register RAY  *r
180 > )
181   {
182          RAY  tr;
183  
184 <        if (rayorigin(&tr, r, TRANS, 1.0) == 0) {
184 >        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, NULL) == 0) {
185                  VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
186                  rayvalue(&tr);
187                  copycolor(r->rcol, tr.rcol);
# Line 148 | Line 190 | register RAY  *r;
190   }
191  
192  
193 < rayshade(r, mod)                /* shade ray r with material mod */
194 < register RAY  *r;
195 < int  mod;
193 > extern int
194 > rayshade(               /* shade ray r with material mod */
195 >        register RAY  *r,
196 >        int  mod
197 > )
198   {
155 –        static int  depth = 0;
156 –        int  gotmat;
199          register OBJREC  *m;
200 <                                        /* check for infinite loop */
159 <        if (depth++ >= MAXLOOP)
160 <                objerror(r->ro, USER, "possible modifier loop");
200 >
201          r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
202 <        for (gotmat = 0; !gotmat && mod != OVOID; mod = m->omod) {
202 >        for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
203                  m = objptr(mod);
204                  /****** unnecessary test since modifier() is always called
205                  if (!ismodifier(m->otype)) {
# Line 168 | Line 208 | int  mod;
208                  }
209                  ******/
210                                          /* hack for irradiance calculation */
211 <                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS))) {
211 >                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS)) &&
212 >                                m->otype != MAT_CLIP &&
213 >                                (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X))) {
214                          if (irr_ignore(m->otype)) {
173 –                                depth--;
215                                  raytrans(r);
216                                  return(1);
217                          }
218                          if (!islight(m->otype))
219                                  m = &Lamb;
220                  }
221 <                                        /* materials call raytexture */
222 <                gotmat = (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
221 >                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r))
222 >                        return(1);      /* materials call raytexture() */
223          }
224 <        depth--;
184 <        return(gotmat);
224 >        return(0);                      /* no material! */
225   }
226  
227  
228 < rayparticipate(r)                       /* compute ray medium participation */
229 < register RAY  *r;
228 > extern void
229 > rayparticipate(                 /* compute ray medium participation */
230 >        register RAY  *r
231 > )
232   {
233          COLOR   ce, ca;
234          double  re, ge, be;
# Line 201 | Line 243 | register RAY  *r;
243                  ge *= 1. - colval(r->albedo,GRN);
244                  be *= 1. - colval(r->albedo,BLU);
245          }
246 <        setcolor(ce,    re<=0. ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
247 <                        ge<=0. ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
248 <                        be<=0. ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
249 <        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path absorption */
246 >        setcolor(ce,    re<=FTINY ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
247 >                        ge<=FTINY ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
248 >                        be<=FTINY ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
249 >        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path extinction */
250          if (r->crtype & SHADOW || intens(r->albedo) <= FTINY)
251                  return;                         /* no scattering */
252          setcolor(ca,
# Line 216 | Line 258 | register RAY  *r;
258   }
259  
260  
261 < raytexture(r, mod)                      /* get material modifiers */
262 < RAY  *r;
263 < int  mod;
261 > extern void
262 > raytexture(                     /* get material modifiers */
263 >        RAY  *r,
264 >        OBJECT  mod
265 > )
266   {
223 –        static int  depth = 0;
267          register OBJREC  *m;
225 –                                        /* check for infinite loop */
226 –        if (depth++ >= MAXLOOP)
227 –                objerror(r->ro, USER, "modifier loop");
268                                          /* execute textures and patterns */
269          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
270                  m = objptr(mod);
# Line 240 | Line 280 | int  mod;
280                          objerror(r->ro, USER, errmsg);
281                  }
282          }
243 –        depth--;                        /* end here */
283   }
284  
285  
286 < raymixture(r, fore, back, coef)         /* mix modifiers */
287 < register RAY  *r;
288 < OBJECT  fore, back;
289 < double  coef;
286 > extern int
287 > raymixture(             /* mix modifiers */
288 >        register RAY  *r,
289 >        OBJECT  fore,
290 >        OBJECT  back,
291 >        double  coef
292 > )
293   {
294          RAY  fr, br;
295          int  foremat, backmat;
# Line 260 | Line 302 | double  coef;
302                                          /* compute foreground and background */
303          foremat = backmat = 0;
304                                          /* foreground */
305 <        copystruct(&fr, r);
306 <        if (coef > FTINY)
305 >        fr = *r;
306 >        if (coef > FTINY) {
307 >                fr.rweight *= coef;
308 >                scalecolor(fr.rcoef, coef);
309                  foremat = rayshade(&fr, fore);
310 +        }
311                                          /* background */
312 <        copystruct(&br, r);
313 <        if (coef < 1.0-FTINY)
312 >        br = *r;
313 >        if (coef < 1.0-FTINY) {
314 >                br.rweight *= 1.0-coef;
315 >                scalecolor(br.rcoef, 1.0-coef);
316                  backmat = rayshade(&br, back);
317 +        }
318                                          /* check for transparency */
319 <        if (backmat ^ foremat)
320 <                if (backmat)
319 >        if (backmat ^ foremat) {
320 >                if (backmat && coef > FTINY)
321                          raytrans(&fr);
322 <                else
322 >                else if (foremat && coef < 1.0-FTINY)
323                          raytrans(&br);
324 +        }
325                                          /* mix perturbations */
326          for (i = 0; i < 3; i++)
327                  r->pert[i] = coef*fr.pert[i] + (1.0-coef)*br.pert[i];
# Line 294 | Line 343 | double  coef;
343   }
344  
345  
346 < double
347 < raydist(r, flags)               /* compute (cumulative) ray distance */
348 < register RAY  *r;
349 < register int  flags;
346 > extern double
347 > raydist(                /* compute (cumulative) ray distance */
348 >        register const RAY  *r,
349 >        register int  flags
350 > )
351   {
352          double  sum = 0.0;
353  
# Line 309 | Line 359 | register int  flags;
359   }
360  
361  
362 < double
363 < raynormal(norm, r)              /* compute perturbed normal for ray */
364 < FVECT  norm;
365 < register RAY  *r;
362 > extern void
363 > raycontrib(             /* compute (cumulative) ray contribution */
364 >        double  rc[3],
365 >        const RAY  *r,
366 >        int  flags
367 > )
368   {
369 +        double  eext[3];
370 +        int     i;
371 +
372 +        eext[0] = eext[1] = eext[2] = 0.;
373 +        rc[0] = rc[1] = rc[2] = 1.;
374 +
375 +        while (r != NULL && r->crtype&flags) {
376 +                for (i = 3; i--; ) {
377 +                        rc[i] *= colval(r->rcoef,i);
378 +                        eext[i] += r->rot * colval(r->cext,i);
379 +                }
380 +                r = r->parent;
381 +        }
382 +        for (i = 3; i--; )
383 +                rc[i] *= (eext[i] <= FTINY) ? 1. :
384 +                                (eext[i] > 92.) ? 0. : exp(-eext[i]);
385 + }
386 +
387 +
388 + extern double
389 + raynormal(              /* compute perturbed normal for ray */
390 +        FVECT  norm,
391 +        register RAY  *r
392 + )
393 + {
394          double  newdot;
395          register int  i;
396  
# Line 344 | Line 421 | register RAY  *r;
421   }
422  
423  
424 < newrayxf(r)                     /* get new tranformation matrix for ray */
425 < RAY  *r;
424 > extern void
425 > newrayxf(                       /* get new tranformation matrix for ray */
426 >        RAY  *r
427 > )
428   {
429          static struct xfn {
430                  struct xfn  *next;
431                  FULLXF  xf;
432          }  xfseed = { &xfseed }, *xflast = &xfseed;
433          register struct xfn  *xp;
434 <        register RAY  *rp;
434 >        register const RAY  *rp;
435  
436          /*
437           * Search for transform in circular list that
# Line 363 | Line 442 | RAY  *r;
442                  if (rp->rox == &xp->xf) {               /* xp in use */
443                          xp = xp->next;                  /* move to next */
444                          if (xp == xflast) {             /* need new one */
445 <                                xp = (struct xfn *)bmalloc(sizeof(struct xfn));
445 >                                xp = (struct xfn *)malloc(sizeof(struct xfn));
446                                  if (xp == NULL)
447                                          error(SYSTEM,
448                                                  "out of memory in newrayxf");
# Line 380 | Line 459 | RAY  *r;
459   }
460  
461  
462 < flipsurface(r)                  /* reverse surface orientation */
463 < register RAY  *r;
462 > extern void
463 > flipsurface(                    /* reverse surface orientation */
464 >        register RAY  *r
465 > )
466   {
467          r->rod = -r->rod;
468          r->ron[0] = -r->ron[0];
# Line 393 | Line 474 | register RAY  *r;
474   }
475  
476  
477 < localhit(r, scene)              /* check for hit in the octree */
478 < register RAY  *r;
479 < register CUBE  *scene;
477 > extern void
478 > rayhit(                 /* standard ray hit test */
479 >        OBJECT  *oset,
480 >        RAY  *r
481 > )
482   {
483 +        OBJREC  *o;
484 +        int     i;
485 +
486 +        for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
487 +                o = objptr(oset[i]);
488 +                if ((*ofun[o->otype].funp)(o, r))
489 +                        r->robj = oset[i];
490 +        }
491 + }
492 +
493 +
494 + extern int
495 + localhit(               /* check for hit in the octree */
496 +        register RAY  *r,
497 +        register CUBE  *scene
498 + )
499 + {
500          OBJECT  cxset[MAXCSET+1];       /* set of checked objects */
501          FVECT  curpos;                  /* current cube position */
502          int  sflags;                    /* sign flags */
# Line 450 | Line 550 | register CUBE  *scene;
550          }
551          cxset[0] = 0;
552          raymove(curpos, cxset, sflags, r, scene);
553 <        return(r->ro != NULL & r->ro != &Aftplane);
553 >        return((r->ro != NULL) & (r->ro != &Aftplane));
554   }
555  
556  
557   static int
558 < raymove(pos, cxs, dirf, r, cu)          /* check for hit as we move */
559 < FVECT  pos;                     /* current position, modified herein */
560 < OBJECT  *cxs;                   /* checked objects, modified by checkhit */
561 < int  dirf;                      /* direction indicators to speed tests */
562 < register RAY  *r;
563 < register CUBE  *cu;
558 > raymove(                /* check for hit as we move */
559 >        FVECT  pos,                     /* current position, modified herein */
560 >        OBJECT  *cxs,                   /* checked objects, modified by checkhit */
561 >        int  dirf,                      /* direction indicators to speed tests */
562 >        register RAY  *r,
563 >        register CUBE  *cu
564 > )
565   {
566          int  ax;
567          double  dt, t;
# Line 540 | Line 641 | register CUBE  *cu;
641   }
642  
643  
644 < static
645 < checkhit(r, cu, cxs)            /* check for hit in full cube */
646 < register RAY  *r;
647 < CUBE  *cu;
648 < OBJECT  *cxs;
644 > static int
645 > checkhit(               /* check for hit in full cube */
646 >        register RAY  *r,
647 >        CUBE  *cu,
648 >        OBJECT  *cxs
649 > )
650   {
651          OBJECT  oset[MAXSET+1];
550 –        register OBJREC  *o;
551 –        register int  i;
652  
653          objset(oset, cu->cutree);
654 <        checkset(oset, cxs);                    /* eliminate double-checking */
655 <        for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
656 <                o = objptr(oset[i]);
657 <                (*ofun[o->otype].funp)(o, r);
658 <        }
559 <        if (r->ro == NULL)
654 >        checkset(oset, cxs);                    /* avoid double-checking */
655 >
656 >        (*r->hitf)(oset, r);                    /* test for hit in set */
657 >
658 >        if (r->robj == OVOID)
659                  return(0);                      /* no scores yet */
660  
661          return(incube(cu, r->rop));             /* hit OK if in current cube */
662   }
663  
664  
665 < static
666 < checkset(os, cs)                /* modify checked set and set to check */
667 < register OBJECT  *os;                   /* os' = os - cs */
668 < register OBJECT  *cs;                   /* cs' = cs + os */
665 > static void
666 > checkset(               /* modify checked set and set to check */
667 >        register OBJECT  *os,                   /* os' = os - cs */
668 >        register OBJECT  *cs                    /* cs' = cs + os */
669 > )
670   {
671          OBJECT  cset[MAXCSET+MAXSET+1];
672          register int  i, j;

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