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

Comparing ray/src/rt/raytrace.c (file contents):
Revision 2.44 by greg, Wed Dec 31 01:50:02 2003 UTC vs.
Revision 2.75 by greg, Wed Feb 13 01:00:31 2019 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
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 54 | 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 73 | 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 95 | 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 115 | Line 167 | RAY  *r;
167          } else if (sourcehit(r))
168                  rayshade(r, r->ro->omod);       /* distant source */
169  
118        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
119
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 133 | 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;
195 >        rayorigin(&tr, TRANS, r, NULL);         /* always continue */
196 >        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
197 >        rayvalue(&tr);
198 >        copycolor(r->mcol, tr.mcol);
199 >        copycolor(r->rcol, tr.rcol);
200 >        r->rmt = r->rot + tr.rmt;
201 >        r->rxt = r->rot + tr.rxt;
202 > }
203 >
204 >
205 > int
206 > raytirrad(                      /* irradiance hack */
207 >        OBJREC  *m,
208 >        RAY     *r
209 > )
210 > {
211 >        if (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X) && m->otype != MAT_CLIP) {
212 >                if (istransp(m->otype) || isBSDFproxy(m)) {
213 >                        raytrans(r);
214 >                        return(1);
215 >                }
216 >                if (!islight(m->otype))
217 >                        return((*ofun[Lamb.otype].funp)(&Lamb, r));
218          }
219 +        return(0);              /* not a qualifying surface */
220   }
221  
222  
223   int
224 < rayshade(r, mod)                /* shade ray r with material mod */
225 < register RAY  *r;
226 < int  mod;
224 > rayshade(               /* shade ray r with material mod */
225 >        RAY  *r,
226 >        int  mod
227 > )
228   {
229 <        int  gotmat;
230 <        register OBJREC  *m;
231 <        r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
232 <        for (gotmat = 0; !gotmat && mod != OVOID; mod = m->omod) {
229 >        int     tst_irrad = do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS));
230 >        OBJREC  *m;
231 >
232 >        r->rxt = r->rmt = r->rot;       /* preset effective ray length */
233 >        for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
234                  m = objptr(mod);
235                  /****** unnecessary test since modifier() is always called
236                  if (!ismodifier(m->otype)) {
# Line 164 | Line 239 | int  mod;
239                  }
240                  ******/
241                                          /* hack for irradiance calculation */
242 <                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS)) &&
243 <                                m->otype != MAT_CLIP &&
244 <                                (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X))) {
245 <                        if (irr_ignore(m->otype)) {
246 <                                raytrans(r);
172 <                                return(1);
173 <                        }
174 <                        if (!islight(m->otype))
175 <                                m = &Lamb;
176 <                }
177 <                                        /* materials call raytexture */
178 <                gotmat = (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
242 >                if (tst_irrad && raytirrad(m, r))
243 >                        return(1);
244 >
245 >                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r))
246 >                        return(1);      /* materials call raytexture() */
247          }
248 <        return(gotmat);
248 >        return(0);                      /* no material! */
249   }
250  
251  
252   void
253 < rayparticipate(r)                       /* compute ray medium participation */
254 < register RAY  *r;
253 > rayparticipate(                 /* compute ray medium participation */
254 >        RAY  *r
255 > )
256   {
257          COLOR   ce, ca;
258          double  re, ge, be;
# Line 198 | Line 267 | register RAY  *r;
267                  ge *= 1. - colval(r->albedo,GRN);
268                  be *= 1. - colval(r->albedo,BLU);
269          }
270 <        setcolor(ce,    re<=0. ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
271 <                        ge<=0. ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
272 <                        be<=0. ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
273 <        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path absorption */
270 >        setcolor(ce,    re<=FTINY ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
271 >                        ge<=FTINY ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
272 >                        be<=FTINY ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
273 >        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path extinction */
274          if (r->crtype & SHADOW || intens(r->albedo) <= FTINY)
275                  return;                         /* no scattering */
276 <        setcolor(ca,
277 <                colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
278 <                colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
279 <                colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
280 <        addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
276 >        
277 >        /* PMAP: indirect inscattering accounted for by volume photons? */
278 >        if (!volumePhotonMapping) {
279 >                setcolor(ca,
280 >                        colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
281 >                        colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
282 >                        colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
283 >                addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
284 >        }
285 >        
286          srcscatter(r);                          /* source in scattering */
287   }
288  
289  
290   void
291 < raytexture(r, mod)                      /* get material modifiers */
292 < RAY  *r;
293 < OBJECT  mod;
291 > raytexture(                     /* get material modifiers */
292 >        RAY  *r,
293 >        OBJECT  mod
294 > )
295   {
296 <        register OBJREC  *m;
296 >        OBJREC  *m;
297                                          /* execute textures and patterns */
298          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
299                  m = objptr(mod);
# Line 238 | Line 313 | OBJECT  mod;
313  
314  
315   int
316 < raymixture(r, fore, back, coef)         /* mix modifiers */
317 < register RAY  *r;
318 < OBJECT  fore, back;
319 < double  coef;
316 > raymixture(             /* mix modifiers */
317 >        RAY  *r,
318 >        OBJECT  fore,
319 >        OBJECT  back,
320 >        double  coef
321 > )
322   {
323          RAY  fr, br;
324 +        double  mfore, mback;
325          int  foremat, backmat;
326 <        register int  i;
326 >        int  i;
327                                          /* bound coefficient */
328          if (coef > 1.0)
329                  coef = 1.0;
# Line 255 | Line 333 | double  coef;
333          foremat = backmat = 0;
334                                          /* foreground */
335          fr = *r;
336 <        if (coef > FTINY)
336 >        if (coef > FTINY) {
337 >                fr.rweight *= coef;
338 >                scalecolor(fr.rcoef, coef);
339                  foremat = rayshade(&fr, fore);
340 +        }
341                                          /* background */
342          br = *r;
343 <        if (coef < 1.0-FTINY)
343 >        if (coef < 1.0-FTINY) {
344 >                br.rweight *= 1.0-coef;
345 >                scalecolor(br.rcoef, 1.0-coef);
346                  backmat = rayshade(&br, back);
347 +        }
348                                          /* check for transparency */
349          if (backmat ^ foremat) {
350                  if (backmat && coef > FTINY)
# Line 284 | Line 368 | double  coef;
368          scalecolor(br.rcol, 1.0-coef);
369          copycolor(r->rcol, fr.rcol);
370          addcolor(r->rcol, br.rcol);
371 <        r->rt = bright(fr.rcol) > bright(br.rcol) ? fr.rt : br.rt;
371 >        scalecolor(fr.mcol, coef);
372 >        scalecolor(br.mcol, 1.0-coef);
373 >        copycolor(r->mcol, fr.mcol);
374 >        addcolor(r->mcol, br.mcol);
375 >        mfore = bright(fr.mcol); mback = bright(br.mcol);
376 >        r->rmt = mfore > mback ? fr.rmt : br.rmt;
377 >        r->rxt = bright(fr.rcol)-mfore > bright(br.rcol)-mback ?
378 >                        fr.rxt : br.rxt;
379          return(1);
380   }
381  
382  
383   double
384 < raydist(r, flags)               /* compute (cumulative) ray distance */
385 < register RAY  *r;
386 < register int  flags;
384 > raydist(                /* compute (cumulative) ray distance */
385 >        const RAY  *r,
386 >        int  flags
387 > )
388   {
389          double  sum = 0.0;
390  
# Line 304 | Line 396 | register int  flags;
396   }
397  
398  
399 + void
400 + raycontrib(             /* compute (cumulative) ray contribution */
401 +        RREAL  rc[3],
402 +        const RAY  *r,
403 +        int  flags
404 + )
405 + {
406 +        double  eext[3];
407 +        int     i;
408 +
409 +        eext[0] = eext[1] = eext[2] = 0.;
410 +        rc[0] = rc[1] = rc[2] = 1.;
411 +
412 +        while (r != NULL && r->crtype&flags) {
413 +                for (i = 3; i--; ) {
414 +                        rc[i] *= colval(r->rcoef,i);
415 +                        eext[i] += r->rot * colval(r->cext,i);
416 +                }
417 +                r = r->parent;
418 +        }
419 +        for (i = 3; i--; )
420 +                rc[i] *= (eext[i] <= FTINY) ? 1. :
421 +                                (eext[i] > 92.) ? 0. : exp(-eext[i]);
422 + }
423 +
424 +
425   double
426 < raynormal(norm, r)              /* compute perturbed normal for ray */
427 < FVECT  norm;
428 < register RAY  *r;
426 > raynormal(              /* compute perturbed normal for ray */
427 >        FVECT  norm,
428 >        RAY  *r
429 > )
430   {
431          double  newdot;
432 <        register int  i;
432 >        int  i;
433  
434          /*      The perturbation is added to the surface normal to obtain
435           *  the new normal.  If the new normal would affect the surface
# Line 340 | Line 459 | register RAY  *r;
459  
460  
461   void
462 < newrayxf(r)                     /* get new tranformation matrix for ray */
463 < RAY  *r;
462 > newrayxf(                       /* get new tranformation matrix for ray */
463 >        RAY  *r
464 > )
465   {
466          static struct xfn {
467                  struct xfn  *next;
468                  FULLXF  xf;
469          }  xfseed = { &xfseed }, *xflast = &xfseed;
470 <        register struct xfn  *xp;
471 <        register RAY  *rp;
470 >        struct xfn  *xp;
471 >        const RAY  *rp;
472  
473          /*
474           * Search for transform in circular list that
# Line 359 | Line 479 | RAY  *r;
479                  if (rp->rox == &xp->xf) {               /* xp in use */
480                          xp = xp->next;                  /* move to next */
481                          if (xp == xflast) {             /* need new one */
482 <                                xp = (struct xfn *)malloc(sizeof(struct xfn));
482 >                                xp = (struct xfn *)bmalloc(sizeof(struct xfn));
483                                  if (xp == NULL)
484                                          error(SYSTEM,
485                                                  "out of memory in newrayxf");
# Line 377 | Line 497 | RAY  *r;
497  
498  
499   void
500 < flipsurface(r)                  /* reverse surface orientation */
501 < register RAY  *r;
500 > flipsurface(                    /* reverse surface orientation */
501 >        RAY  *r
502 > )
503   {
504          r->rod = -r->rod;
505          r->ron[0] = -r->ron[0];
# Line 391 | Line 512 | register RAY  *r;
512  
513  
514   void
515 < rayhit(oset, r)                 /* standard ray hit test */
516 < OBJECT  *oset;
517 < RAY  *r;
515 > rayhit(                 /* standard ray hit test */
516 >        OBJECT  *oset,
517 >        RAY  *r
518 > )
519   {
520          OBJREC  *o;
521          int     i;
# Line 407 | Line 529 | RAY  *r;
529  
530  
531   int
532 < localhit(r, scene)              /* check for hit in the octree */
533 < register RAY  *r;
534 < register CUBE  *scene;
532 > localhit(               /* check for hit in the octree */
533 >        RAY  *r,
534 >        CUBE  *scene
535 > )
536   {
537          OBJECT  cxset[MAXCSET+1];       /* set of checked objects */
538          FVECT  curpos;                  /* current cube position */
539          int  sflags;                    /* sign flags */
540          double  t, dt;
541 <        register int  i;
541 >        int  i;
542  
543          nrays++;                        /* increment trace counter */
544          sflags = 0;
# Line 426 | Line 549 | register CUBE  *scene;
549                  else if (r->rdir[i] < -1e-7)
550                          sflags |= 0x10 << i;
551          }
552 <        if (sflags == 0)
553 <                error(CONSISTENCY, "zero ray direction in localhit");
552 >        if (!sflags) {
553 >                error(WARNING, "zero ray direction in localhit");
554 >                return(0);
555 >        }
556                                          /* start off assuming nothing hit */
557          if (r->rmax > FTINY) {          /* except aft plane if one */
558                  r->ro = &Aftplane;
559                  r->rot = r->rmax;
560 <                for (i = 0; i < 3; i++)
436 <                        r->rop[i] = r->rorg[i] + r->rot*r->rdir[i];
560 >                VSUM(r->rop, r->rorg, r->rdir, r->rot);
561          }
562                                          /* find global cube entrance point */
563          t = 0.0;
# Line 456 | Line 580 | register CUBE  *scene;
580                  if (t >= r->rot)        /* clipped already */
581                          return(0);
582                                          /* advance position */
583 <                for (i = 0; i < 3; i++)
460 <                        curpos[i] += r->rdir[i]*t;
583 >                VSUM(curpos, curpos, r->rdir, t);
584  
585                  if (!incube(scene, curpos))     /* non-intersecting ray */
586                          return(0);
# Line 469 | Line 592 | register CUBE  *scene;
592  
593  
594   static int
595 < raymove(pos, cxs, dirf, r, cu)          /* check for hit as we move */
596 < FVECT  pos;                     /* current position, modified herein */
597 < OBJECT  *cxs;                   /* checked objects, modified by checkhit */
598 < int  dirf;                      /* direction indicators to speed tests */
599 < register RAY  *r;
600 < register CUBE  *cu;
595 > raymove(                /* check for hit as we move */
596 >        FVECT  pos,                     /* current position, modified herein */
597 >        OBJECT  *cxs,                   /* checked objects, modified by checkhit */
598 >        int  dirf,                      /* direction indicators to speed tests */
599 >        RAY  *r,
600 >        CUBE  *cu
601 > )
602   {
603          int  ax;
604          double  dt, t;
605  
606          if (istree(cu->cutree)) {               /* recurse on subcubes */
607                  CUBE  cukid;
608 <                register int  br, sgn;
608 >                int  br, sgn;
609  
610                  cukid.cusize = cu->cusize * 0.5;        /* find subcube */
611                  VCOPY(cukid.cuorg, cu->cuorg);
# Line 547 | Line 671 | register CUBE  *cu;
671                          ax = 2;
672                  }
673          }
674 <        pos[0] += r->rdir[0]*t;
551 <        pos[1] += r->rdir[1]*t;
552 <        pos[2] += r->rdir[2]*t;
674 >        VSUM(pos, pos, r->rdir, t);
675          return(ax);
676   }
677  
678  
679   static int
680 < checkhit(r, cu, cxs)            /* check for hit in full cube */
681 < register RAY  *r;
682 < CUBE  *cu;
683 < OBJECT  *cxs;
680 > checkhit(               /* check for hit in full cube */
681 >        RAY  *r,
682 >        CUBE  *cu,
683 >        OBJECT  *cxs
684 > )
685   {
686          OBJECT  oset[MAXSET+1];
687  
# Line 575 | Line 698 | OBJECT  *cxs;
698  
699  
700   static void
701 < checkset(os, cs)                /* modify checked set and set to check */
702 < register OBJECT  *os;                   /* os' = os - cs */
703 < register OBJECT  *cs;                   /* cs' = cs + os */
701 > checkset(               /* modify checked set and set to check */
702 >        OBJECT  *os,                    /* os' = os - cs */
703 >        OBJECT  *cs                     /* cs' = cs + os */
704 > )
705   {
706          OBJECT  cset[MAXCSET+MAXSET+1];
707 <        register int  i, j;
707 >        int  i, j;
708          int  k;
709                                          /* copy os in place, cset <- cs */
710          cset[0] = 0;

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