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

Comparing ray/src/rt/raytrace.c (file contents):
Revision 1.15 by greg, Wed May 1 11:17:01 1991 UTC vs.
Revision 2.27 by greg, Wed Apr 24 16:27:56 1996 UTC

# Line 1 | Line 1
1 < /* Copyright (c) 1990 Regents of the University of California */
1 > /* Copyright (c) 1996 Regents of the University of California */
2  
3   #ifndef lint
4   static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
# Line 18 | Line 18 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
18  
19   #include  "otspecial.h"
20  
21 + #define  MAXCSET        ((MAXSET+1)*2-1)        /* maximum check set size */
22 +
23   extern CUBE  thescene;                  /* our scene */
24   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 */
28  
29 < long  nrays = 0L;                       /* number of rays traced */
29 > 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 < static double  Lambfa[5] = {PI, PI, PI, 0.0, 0.0};
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};
38   OBJREC  Lamb = {
39          OVOID, MAT_PLASTIC, "Lambertian",
40 <        {0, 5, NULL, Lambfa}, NULL, -1,
40 >        {0, 5, NULL, Lambfa}, NULL,
41   };                                      /* a Lambertian surface */
42  
43 + OBJREC  Aftplane;                       /* aft clipping plane object */
44 +
45 + static int  raymove(), checkset(), checkhit();
46 +
47   #define  MAXLOOP        128             /* modifier loop detection */
48  
49   #define  RAYHIT         (-1)            /* return value for intercepted ray */
# Line 47 | Line 60 | double  rw;
60                  r->crtype = r->rtype = rt;
61                  r->rsrc = -1;
62                  r->clipset = NULL;
63 +                r->revf = raytrace;
64 +                copycolor(r->cext, cextinction);
65 +                copycolor(r->albedo, salbedo);
66 +                r->gecc = seccg;
67 +                r->slights = NULL;
68          } else {                                /* spawned ray */
69                  r->rlvl = ro->rlvl;
70                  if (rt & RAYREFL) {
71                          r->rlvl++;
72                          r->rsrc = -1;
73                          r->clipset = ro->clipset;
74 +                        r->rmax = 0.0;
75                  } else {
76                          r->rsrc = ro->rsrc;
77                          r->clipset = ro->newcset;
78 +                        r->rmax = ro->rmax <= FTINY ? 0.0 : ro->rmax - ro->rot;
79                  }
80 +                r->revf = ro->revf;
81 +                copycolor(r->cext, ro->cext);
82 +                copycolor(r->albedo, ro->albedo);
83 +                r->gecc = ro->gecc;
84 +                r->slights = ro->slights;
85                  r->rweight = ro->rweight * rw;
86                  r->crtype = ro->crtype | (r->rtype = rt);
87                  VCOPY(r->rorg, ro->rop);
88          }
89 <        r->rno = nrays;
89 >        rayclear(r);
90 >        return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
91 > }
92 >
93 >
94 > rayclear(r)                     /* clear a ray for (re)evaluation */
95 > register RAY  *r;
96 > {
97 >        r->rno = raynum++;
98          r->newcset = r->clipset;
99          r->ro = NULL;
100          r->rot = FHUGE;
# Line 69 | Line 102 | double  rw;
102          setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
103          setcolor(r->rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
104          r->rt = 0.0;
72 –        return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
105   }
106  
107  
108 < rayvalue(r)                     /* compute a ray's value */
108 > raytrace(r)                     /* trace a ray and compute its value */
109   RAY  *r;
110   {
111          extern int  (*trace)();
112  
113          if (localhit(r, &thescene))
114 <                raycont(r);
115 <        else if (sourcehit(r))
116 <                rayshade(r, r->ro->omod);
114 >                raycont(r);             /* hit local surface, evaluate */
115 >        else if (r->ro == &Aftplane) {
116 >                r->ro = NULL;           /* hit aft clipping plane */
117 >                r->rot = FHUGE;
118 >        } else if (sourcehit(r))
119 >                rayshade(r, r->ro->omod);       /* distant source */
120  
121 +        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
122 +
123          if (trace != NULL)
124                  (*trace)(r);            /* trace execution */
125   }
# Line 91 | Line 128 | RAY  *r;
128   raycont(r)                      /* check for clipped object and continue */
129   register RAY  *r;
130   {
131 <        if (r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod))
131 >        if ((r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod)) ||
132 >                        !rayshade(r, r->ro->omod))
133                  raytrans(r);
96 –        else
97 –                rayshade(r, r->ro->omod);
134   }
135  
136  
# Line 117 | Line 153 | register RAY  *r;
153   int  mod;
154   {
155          static int  depth = 0;
156 +        int  gotmat;
157          register OBJREC  *m;
121 –                                        /* check for irradiance calc. */
122 –        if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS))) {
123 –                if (irr_ignore(objptr(mod)->otype))
124 –                        raytrans(r);
125 –                else
126 –                        (*ofun[Lamb.otype].funp)(&Lamb, r);
127 –                return;
128 –        }
158                                          /* check for infinite loop */
159          if (depth++ >= MAXLOOP)
160                  objerror(r->ro, USER, "possible modifier loop");
161 <        for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
161 >        r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
162 >        for (gotmat = 0; !gotmat && mod != OVOID; mod = m->omod) {
163                  m = objptr(mod);
164                  /****** unnecessary test since modifier() is always called
165                  if (!ismodifier(m->otype)) {
# Line 137 | Line 167 | int  mod;
167                          error(USER, errmsg);
168                  }
169                  ******/
170 <                (*ofun[m->otype].funp)(m, r);   /* execute function */
171 <                m->lastrno = r->rno;
172 <                if (ismaterial(m->otype)) {     /* materials call raytexture */
173 <                        depth--;
174 <                        return;         /* we're done */
170 >                                        /* hack for irradiance calculation */
171 >                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS))) {
172 >                        if (irr_ignore(m->otype)) {
173 >                                depth--;
174 >                                raytrans(r);
175 >                                return(1);
176 >                        }
177 >                        if (!islight(m->otype))
178 >                                m = &Lamb;
179                  }
180 +                                        /* materials call raytexture */
181 +                gotmat = (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
182          }
183 <        objerror(r->ro, USER, "material not found");
183 >        depth--;
184 >        return(gotmat);
185   }
186  
187  
188 + rayparticipate(r)                       /* compute ray medium participation */
189 + register RAY  *r;
190 + {
191 +        COLOR   ce, ca;
192 +        double  re, ge, be;
193 +
194 +        if (intens(r->cext) <= 1./FHUGE)
195 +                return;                         /* no medium */
196 +        re = r->rot*colval(r->cext,RED);
197 +        ge = r->rot*colval(r->cext,GRN);
198 +        be = r->rot*colval(r->cext,BLU);
199 +        if (r->crtype & SHADOW) {               /* no scattering for sources */
200 +                re *= 1. - colval(r->albedo,RED);
201 +                ge *= 1. - colval(r->albedo,GRN);
202 +                be *= 1. - colval(r->albedo,BLU);
203 +        }
204 +        setcolor(ce,    re<=0. ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
205 +                        ge<=0. ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
206 +                        be<=0. ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
207 +        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path absorption */
208 +        if (r->crtype & SHADOW || intens(r->albedo) <= FTINY)
209 +                return;                         /* no scattering */
210 +        setcolor(ca,
211 +                colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
212 +                colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
213 +                colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
214 +        addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
215 +        srcscatter(r);                          /* source in scattering */
216 + }
217 +
218 +
219   raytexture(r, mod)                      /* get material modifiers */
220   RAY  *r;
221   int  mod;
# Line 160 | Line 228 | int  mod;
228                                          /* execute textures and patterns */
229          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
230                  m = objptr(mod);
231 <                if (!istexture(m->otype)) {
231 >                /****** unnecessary test since modifier() is always called
232 >                if (!ismodifier(m->otype)) {
233                          sprintf(errmsg, "illegal modifier \"%s\"", m->oname);
234                          error(USER, errmsg);
235                  }
236 <                (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
237 <                m->lastrno = r->rno;
236 >                ******/
237 >                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r)) {
238 >                        sprintf(errmsg, "conflicting material \"%s\"",
239 >                                        m->oname);
240 >                        objerror(r->ro, USER, errmsg);
241 >                }
242          }
243          depth--;                        /* end here */
244   }
# Line 176 | Line 249 | register RAY  *r;
249   OBJECT  fore, back;
250   double  coef;
251   {
252 <        FVECT  curpert, forepert, backpert;
253 <        COLOR  curpcol, forepcol, backpcol;
252 >        RAY  fr, br;
253 >        int  foremat, backmat;
254          register int  i;
255 <                                        /* clip coefficient */
255 >                                        /* bound coefficient */
256          if (coef > 1.0)
257                  coef = 1.0;
258          else if (coef < 0.0)
259                  coef = 0.0;
260 <                                        /* save current mods */
261 <        VCOPY(curpert, r->pert);
262 <        copycolor(curpcol, r->pcol);
263 <                                        /* compute new mods */
264 <                                                /* foreground */
265 <        r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
266 <        setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
267 <        if (fore != OVOID && coef > FTINY)
268 <                raytexture(r, fore);
269 <        VCOPY(forepert, r->pert);
270 <        copycolor(forepcol, r->pcol);
271 <                                                /* background */
272 <        r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
273 <        setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
274 <        if (back != OVOID && coef < 1.0-FTINY)
275 <                raytexture(r, back);
276 <        VCOPY(backpert, r->pert);
204 <        copycolor(backpcol, r->pcol);
205 <                                        /* sum perturbations */
260 >                                        /* compute foreground and background */
261 >        foremat = backmat = 0;
262 >                                        /* foreground */
263 >        copystruct(&fr, r);
264 >        if (coef > FTINY)
265 >                foremat = rayshade(&fr, fore);
266 >                                        /* background */
267 >        copystruct(&br, r);
268 >        if (coef < 1.0-FTINY)
269 >                backmat = rayshade(&br, back);
270 >                                        /* check for transparency */
271 >        if (backmat ^ foremat)
272 >                if (backmat)
273 >                        raytrans(&fr);
274 >                else
275 >                        raytrans(&br);
276 >                                        /* mix perturbations */
277          for (i = 0; i < 3; i++)
278 <                r->pert[i] = curpert[i] + coef*forepert[i] +
279 <                                (1.0-coef)*backpert[i];
280 <                                        /* multiply colors */
281 <        setcolor(r->pcol, coef*colval(forepcol,RED) +
282 <                                (1.0-coef)*colval(backpcol,RED),
283 <                        coef*colval(forepcol,GRN) +
284 <                                (1.0-coef)*colval(backpcol,GRN),
285 <                        coef*colval(forepcol,BLU) +
286 <                                (1.0-coef)*colval(backpcol,BLU));
287 <        multcolor(r->pcol, curpcol);
278 >                r->pert[i] = coef*fr.pert[i] + (1.0-coef)*br.pert[i];
279 >                                        /* mix pattern colors */
280 >        scalecolor(fr.pcol, coef);
281 >        scalecolor(br.pcol, 1.0-coef);
282 >        copycolor(r->pcol, fr.pcol);
283 >        addcolor(r->pcol, br.pcol);
284 >                                        /* return value tells if material */
285 >        if (!foremat & !backmat)
286 >                return(0);
287 >                                        /* mix returned ray values */
288 >        scalecolor(fr.rcol, coef);
289 >        scalecolor(br.rcol, 1.0-coef);
290 >        copycolor(r->rcol, fr.rcol);
291 >        addcolor(r->rcol, br.rcol);
292 >        r->rt = bright(fr.rcol) > bright(br.rcol) ? fr.rt : br.rt;
293 >        return(1);
294   }
295  
296  
297   double
298 + raydist(r, flags)               /* compute (cumulative) ray distance */
299 + register RAY  *r;
300 + register int  flags;
301 + {
302 +        double  sum = 0.0;
303 +
304 +        while (r != NULL && r->crtype&flags) {
305 +                sum += r->rot;
306 +                r = r->parent;
307 +        }
308 +        return(sum);
309 + }
310 +
311 +
312 + double
313   raynormal(norm, r)              /* compute perturbed normal for ray */
314   FVECT  norm;
315   register RAY  *r;
# Line 305 | Line 397 | localhit(r, scene)             /* check for hit in the octree */
397   register RAY  *r;
398   register CUBE  *scene;
399   {
400 +        OBJECT  cxset[MAXCSET+1];       /* set of checked objects */
401          FVECT  curpos;                  /* current cube position */
402          int  sflags;                    /* sign flags */
403          double  t, dt;
404          register int  i;
405  
406          nrays++;                        /* increment trace counter */
314 –
407          sflags = 0;
408          for (i = 0; i < 3; i++) {
409                  curpos[i] = r->rorg[i];
410 <                if (r->rdir[i] > FTINY)
410 >                if (r->rdir[i] > 1e-7)
411                          sflags |= 1 << i;
412 <                else if (r->rdir[i] < -FTINY)
412 >                else if (r->rdir[i] < -1e-7)
413                          sflags |= 0x10 << i;
414          }
415 +        if (sflags == 0)
416 +                error(CONSISTENCY, "zero ray direction in localhit");
417 +                                        /* start off assuming nothing hit */
418 +        if (r->rmax > FTINY) {          /* except aft plane if one */
419 +                r->ro = &Aftplane;
420 +                r->rot = r->rmax;
421 +                for (i = 0; i < 3; i++)
422 +                        r->rop[i] = r->rorg[i] + r->rot*r->rdir[i];
423 +        }
424 +                                        /* find global cube entrance point */
425          t = 0.0;
426          if (!incube(scene, curpos)) {
427                                          /* find distance to entry */
# Line 337 | Line 439 | register CUBE  *scene;
439                                  t = dt; /* farthest face is the one */
440                  }
441                  t += FTINY;             /* fudge to get inside cube */
442 +                if (t >= r->rot)        /* clipped already */
443 +                        return(0);
444                                          /* advance position */
445                  for (i = 0; i < 3; i++)
446                          curpos[i] += r->rdir[i]*t;
# Line 344 | Line 448 | register CUBE  *scene;
448                  if (!incube(scene, curpos))     /* non-intersecting ray */
449                          return(0);
450          }
451 <        return(raymove(curpos, sflags, r, scene) == RAYHIT);
451 >        cxset[0] = 0;
452 >        raymove(curpos, cxset, sflags, r, scene);
453 >        return(r->ro != NULL & r->ro != &Aftplane);
454   }
455  
456  
457   static int
458 < raymove(pos, dirf, r, cu)               /* check for hit as we move */
459 < FVECT  pos;                     /* modified */
458 > raymove(pos, cxs, dirf, r, cu)          /* check for hit as we move */
459 > FVECT  pos;                     /* current position, modified herein */
460 > OBJECT  *cxs;                   /* checked objects, modified by checkhit */
461   int  dirf;                      /* direction indicators to speed tests */
462   register RAY  *r;
463   register CUBE  *cu;
# Line 379 | Line 486 | register CUBE  *cu;
486                  }
487                  for ( ; ; ) {
488                          cukid.cutree = octkid(cu->cutree, br);
489 <                        if ((ax = raymove(pos,dirf,r,&cukid)) == RAYHIT)
489 >                        if ((ax = raymove(pos,cxs,dirf,r,&cukid)) == RAYHIT)
490                                  return(RAYHIT);
491                          sgn = 1 << ax;
492                          if (sgn & dirf)                 /* positive axis? */
# Line 398 | Line 505 | register CUBE  *cu;
505                  }
506                  /*NOTREACHED*/
507          }
508 <        if (isfull(cu->cutree) && checkhit(r, cu))
508 >        if (isfull(cu->cutree)) {
509 >                if (checkhit(r, cu, cxs))
510 >                        return(RAYHIT);
511 >        } else if (r->ro == &Aftplane && incube(cu, r->rop))
512                  return(RAYHIT);
513                                          /* advance to next cube */
514          if (dirf&0x11) {
# Line 431 | Line 541 | register CUBE  *cu;
541  
542  
543   static
544 < checkhit(r, cu)                 /* check for hit in full cube */
544 > checkhit(r, cu, cxs)            /* check for hit in full cube */
545   register RAY  *r;
546   CUBE  *cu;
547 + OBJECT  *cxs;
548   {
549          OBJECT  oset[MAXSET+1];
550          register OBJREC  *o;
551          register int  i;
552  
553          objset(oset, cu->cutree);
554 +        checkset(oset, cxs);                    /* eliminate double-checking */
555          for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
556                  o = objptr(oset[i]);
445 –                if (o->lastrno == r->rno)               /* checked already? */
446 –                        continue;
557                  (*ofun[o->otype].funp)(o, r);
448 –                o->lastrno = r->rno;
558          }
559          if (r->ro == NULL)
560                  return(0);                      /* no scores yet */
561  
562          return(incube(cu, r->rop));             /* hit OK if in current cube */
563 + }
564 +
565 +
566 + static
567 + checkset(os, cs)                /* modify checked set and set to check */
568 + register OBJECT  *os;                   /* os' = os - cs */
569 + register OBJECT  *cs;                   /* cs' = cs + os */
570 + {
571 +        OBJECT  cset[MAXCSET+MAXSET+1];
572 +        register int  i, j;
573 +        int  k;
574 +                                        /* copy os in place, cset <- cs */
575 +        cset[0] = 0;
576 +        k = 0;
577 +        for (i = j = 1; i <= os[0]; i++) {
578 +                while (j <= cs[0] && cs[j] < os[i])
579 +                        cset[++cset[0]] = cs[j++];
580 +                if (j > cs[0] || os[i] != cs[j]) {      /* object to check */
581 +                        os[++k] = os[i];
582 +                        cset[++cset[0]] = os[i];
583 +                }
584 +        }
585 +        if (!(os[0] = k))               /* new "to check" set size */
586 +                return;                 /* special case */
587 +        while (j <= cs[0])              /* get the rest of cs */
588 +                cset[++cset[0]] = cs[j++];
589 +        if (cset[0] > MAXCSET)          /* truncate "checked" set if nec. */
590 +                cset[0] = MAXCSET;
591 +        /* setcopy(cs, cset); */        /* copy cset back to cs */
592 +        os = cset;
593 +        for (i = os[0]; i-- >= 0; )
594 +                *cs++ = *os++;
595   }

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