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

Comparing ray/src/rt/raytrace.c (file contents):
Revision 2.38 by greg, Tue Mar 11 19:29:05 2003 UTC vs.
Revision 2.69 by greg, Tue May 26 15:58:35 2015 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 FLOAT  Lambfa[5] = {PI, PI, PI, 0.0, 0.0};
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 (rc != r->rcoef)
55 >                        copycolor(r->rcoef, rc);
56 >        }
57          if ((r->parent = ro) == NULL) {         /* primary ray */
58                  r->rlvl = 0;
59                  r->rweight = rw;
# Line 58 | Line 66 | double  rw;
66                  r->gecc = seccg;
67                  r->slights = NULL;
68          } else {                                /* spawned ray */
69 +                if (ro->rot >= FHUGE) {
70 +                        memset(r, 0, sizeof(RAY));
71 +                        return(-1);             /* illegal continuation */
72 +                }
73                  r->rlvl = ro->rlvl;
74                  if (rt & RAYREFL) {
75                          r->rlvl++;
# Line 77 | Line 89 | double  rw;
89                  r->crtype = ro->crtype | (r->rtype = rt);
90                  VCOPY(r->rorg, ro->rop);
91                  r->rweight = ro->rweight * rw;
92 <                                                /* estimate absorption */
92 >                                                /* estimate extinction */
93                  re = colval(ro->cext,RED) < colval(ro->cext,GRN) ?
94                                  colval(ro->cext,RED) : colval(ro->cext,GRN);
95                  if (colval(ro->cext,BLU) < re) re = colval(ro->cext,BLU);
96 <                if (re > 0.)
97 <                        r->rweight *= exp(-re*ro->rot);
96 >                re *= ro->rot;
97 >                if (re > 0.1) {
98 >                        if (re > 92.) {
99 >                                r->rweight = 0.0;
100 >                        } else {
101 >                                r->rweight *= exp(-re);
102 >                        }
103 >                }
104          }
105          rayclear(r);
106 <        return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
106 >        if (r->rweight <= 0.0)                  /* check for expiration */
107 >                return(-1);
108 >        if (r->crtype & SHADOW)                 /* shadow commitment */
109 >                return(0);
110 >                                                /* ambient in photon map? */
111 >        if (ro != NULL && ro->crtype & AMBIENT) {
112 >                if (causticPhotonMapping)
113 >                        return(-1);
114 >                if (photonMapping && rt != TRANS)
115 >                        return(-1);
116 >        }
117 >        if (maxdepth <= 0 && rc != NULL) {      /* Russian roulette */
118 >                if (minweight <= 0.0)
119 >                        error(USER, "zero ray weight in Russian roulette");
120 >                if (maxdepth < 0 && r->rlvl > -maxdepth)
121 >                        return(-1);             /* upper reflection limit */
122 >                if (r->rweight >= minweight)
123 >                        return(0);
124 >                if (frandom() > r->rweight/minweight)
125 >                        return(-1);
126 >                rw = minweight/r->rweight;      /* promote survivor */
127 >                scalecolor(r->rcoef, rw);
128 >                r->rweight = minweight;
129 >                return(0);
130 >        }
131 >        return(r->rweight >= minweight && r->rlvl <= abs(maxdepth) ? 0 : -1);
132   }
133  
134  
135   void
136 < rayclear(r)                     /* clear a ray for (re)evaluation */
137 < register RAY  *r;
136 > rayclear(                       /* clear a ray for (re)evaluation */
137 >        RAY  *r
138 > )
139   {
140          r->rno = raynum++;
141          r->newcset = r->clipset;
# Line 108 | Line 152 | register RAY  *r;
152  
153  
154   void
155 < raytrace(r)                     /* trace a ray and compute its value */
156 < RAY  *r;
155 > raytrace(                       /* trace a ray and compute its value */
156 >        RAY  *r
157 > )
158   {
159          if (localhit(r, &thescene))
160                  raycont(r);             /* hit local surface, evaluate */
# Line 119 | Line 164 | RAY  *r;
164          } else if (sourcehit(r))
165                  rayshade(r, r->ro->omod);       /* distant source */
166  
122 –        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
123 –
167          if (trace != NULL)
168                  (*trace)(r);            /* trace execution */
169 +
170 +        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
171   }
172  
173  
174   void
175 < raycont(r)                      /* check for clipped object and continue */
176 < register RAY  *r;
175 > raycont(                        /* check for clipped object and continue */
176 >        RAY  *r
177 > )
178   {
179          if ((r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod)) ||
180                          !rayshade(r, r->ro->omod))
# Line 137 | Line 183 | register RAY  *r;
183  
184  
185   void
186 < raytrans(r)                     /* transmit ray as is */
187 < register RAY  *r;
186 > raytrans(                       /* transmit ray as is */
187 >        RAY  *r
188 > )
189   {
190          RAY  tr;
191  
192 <        if (rayorigin(&tr, r, TRANS, 1.0) == 0) {
193 <                VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
194 <                rayvalue(&tr);
195 <                copycolor(r->rcol, tr.rcol);
196 <                r->rt = r->rot + tr.rt;
150 <        }
192 >        rayorigin(&tr, TRANS, r, NULL);         /* always continue */
193 >        VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
194 >        rayvalue(&tr);
195 >        copycolor(r->rcol, tr.rcol);
196 >        r->rt = r->rot + tr.rt;
197   }
198  
199  
200   int
201 < rayshade(r, mod)                /* shade ray r with material mod */
202 < register RAY  *r;
203 < int  mod;
201 > rayshade(               /* shade ray r with material mod */
202 >        RAY  *r,
203 >        int  mod
204 > )
205   {
206 <        int  gotmat;
207 <        register OBJREC  *m;
161 < #if  MAXLOOP
162 <        static int  depth = 0;
163 <                                        /* check for infinite loop */
164 <        if (depth++ >= MAXLOOP)
165 <                objerror(r->ro, USER, "possible modifier loop");
166 < #endif
206 >        OBJREC  *m;
207 >
208          r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
209 <        for (gotmat = 0; !gotmat && mod != OVOID; mod = m->omod) {
209 >        for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
210                  m = objptr(mod);
211                  /****** unnecessary test since modifier() is always called
212                  if (!ismodifier(m->otype)) {
# Line 175 | Line 216 | int  mod;
216                  ******/
217                                          /* hack for irradiance calculation */
218                  if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS)) &&
219 +                                m->otype != MAT_CLIP &&
220                                  (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X))) {
221                          if (irr_ignore(m->otype)) {
180 – #if  MAXLOOP
181 –                                depth--;
182 – #endif
222                                  raytrans(r);
223                                  return(1);
224                          }
225                          if (!islight(m->otype))
226                                  m = &Lamb;
227                  }
228 <                                        /* materials call raytexture */
229 <                gotmat = (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
228 >                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r))
229 >                        return(1);      /* materials call raytexture() */
230          }
231 < #if  MAXLOOP
193 <        depth--;
194 < #endif
195 <        return(gotmat);
231 >        return(0);                      /* no material! */
232   }
233  
234  
235   void
236 < rayparticipate(r)                       /* compute ray medium participation */
237 < register RAY  *r;
236 > rayparticipate(                 /* compute ray medium participation */
237 >        RAY  *r
238 > )
239   {
240          COLOR   ce, ca;
241          double  re, ge, be;
# Line 213 | Line 250 | register RAY  *r;
250                  ge *= 1. - colval(r->albedo,GRN);
251                  be *= 1. - colval(r->albedo,BLU);
252          }
253 <        setcolor(ce,    re<=0. ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
254 <                        ge<=0. ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
255 <                        be<=0. ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
256 <        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path absorption */
253 >        setcolor(ce,    re<=FTINY ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
254 >                        ge<=FTINY ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
255 >                        be<=FTINY ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
256 >        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path extinction */
257          if (r->crtype & SHADOW || intens(r->albedo) <= FTINY)
258                  return;                         /* no scattering */
259 <        setcolor(ca,
260 <                colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
261 <                colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
262 <                colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
263 <        addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
259 >        
260 >        /* PMAP: indirect inscattering accounted for by volume photons? */
261 >        if (!volumePhotonMapping) {
262 >                setcolor(ca,
263 >                        colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
264 >                        colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
265 >                        colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
266 >                addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
267 >        }
268 >        
269          srcscatter(r);                          /* source in scattering */
270   }
271  
272  
273 < raytexture(r, mod)                      /* get material modifiers */
274 < RAY  *r;
275 < int  mod;
273 > void
274 > raytexture(                     /* get material modifiers */
275 >        RAY  *r,
276 >        OBJECT  mod
277 > )
278   {
279 <        register OBJREC  *m;
236 < #if  MAXLOOP
237 <        static int  depth = 0;
238 <                                        /* check for infinite loop */
239 <        if (depth++ >= MAXLOOP)
240 <                objerror(r->ro, USER, "modifier loop");
241 < #endif
279 >        OBJREC  *m;
280                                          /* execute textures and patterns */
281          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
282                  m = objptr(mod);
# Line 254 | Line 292 | int  mod;
292                          objerror(r->ro, USER, errmsg);
293                  }
294          }
257 – #if  MAXLOOP
258 –        depth--;                        /* end here */
259 – #endif
295   }
296  
297  
298   int
299 < raymixture(r, fore, back, coef)         /* mix modifiers */
300 < register RAY  *r;
301 < OBJECT  fore, back;
302 < double  coef;
299 > raymixture(             /* mix modifiers */
300 >        RAY  *r,
301 >        OBJECT  fore,
302 >        OBJECT  back,
303 >        double  coef
304 > )
305   {
306          RAY  fr, br;
307          int  foremat, backmat;
308 <        register int  i;
308 >        int  i;
309                                          /* bound coefficient */
310          if (coef > 1.0)
311                  coef = 1.0;
# Line 277 | Line 314 | double  coef;
314                                          /* compute foreground and background */
315          foremat = backmat = 0;
316                                          /* foreground */
317 <        copystruct(&fr, r);
318 <        if (coef > FTINY)
317 >        fr = *r;
318 >        if (coef > FTINY) {
319 >                fr.rweight *= coef;
320 >                scalecolor(fr.rcoef, coef);
321                  foremat = rayshade(&fr, fore);
322 +        }
323                                          /* background */
324 <        copystruct(&br, r);
325 <        if (coef < 1.0-FTINY)
324 >        br = *r;
325 >        if (coef < 1.0-FTINY) {
326 >                br.rweight *= 1.0-coef;
327 >                scalecolor(br.rcoef, 1.0-coef);
328                  backmat = rayshade(&br, back);
329 +        }
330                                          /* check for transparency */
331 <        if (backmat ^ foremat)
331 >        if (backmat ^ foremat) {
332                  if (backmat && coef > FTINY)
333                          raytrans(&fr);
334                  else if (foremat && coef < 1.0-FTINY)
335                          raytrans(&br);
336 +        }
337                                          /* mix perturbations */
338          for (i = 0; i < 3; i++)
339                  r->pert[i] = coef*fr.pert[i] + (1.0-coef)*br.pert[i];
# Line 312 | Line 356 | double  coef;
356  
357  
358   double
359 < raydist(r, flags)               /* compute (cumulative) ray distance */
360 < register RAY  *r;
361 < register int  flags;
359 > raydist(                /* compute (cumulative) ray distance */
360 >        const RAY  *r,
361 >        int  flags
362 > )
363   {
364          double  sum = 0.0;
365  
# Line 326 | Line 371 | register int  flags;
371   }
372  
373  
374 + void
375 + raycontrib(             /* compute (cumulative) ray contribution */
376 +        RREAL  rc[3],
377 +        const RAY  *r,
378 +        int  flags
379 + )
380 + {
381 +        double  eext[3];
382 +        int     i;
383 +
384 +        eext[0] = eext[1] = eext[2] = 0.;
385 +        rc[0] = rc[1] = rc[2] = 1.;
386 +
387 +        while (r != NULL && r->crtype&flags) {
388 +                for (i = 3; i--; ) {
389 +                        rc[i] *= colval(r->rcoef,i);
390 +                        eext[i] += r->rot * colval(r->cext,i);
391 +                }
392 +                r = r->parent;
393 +        }
394 +        for (i = 3; i--; )
395 +                rc[i] *= (eext[i] <= FTINY) ? 1. :
396 +                                (eext[i] > 92.) ? 0. : exp(-eext[i]);
397 + }
398 +
399 +
400   double
401 < raynormal(norm, r)              /* compute perturbed normal for ray */
402 < FVECT  norm;
403 < register RAY  *r;
401 > raynormal(              /* compute perturbed normal for ray */
402 >        FVECT  norm,
403 >        RAY  *r
404 > )
405   {
406          double  newdot;
407 <        register int  i;
407 >        int  i;
408  
409          /*      The perturbation is added to the surface normal to obtain
410           *  the new normal.  If the new normal would affect the surface
# Line 362 | Line 434 | register RAY  *r;
434  
435  
436   void
437 < newrayxf(r)                     /* get new tranformation matrix for ray */
438 < RAY  *r;
437 > newrayxf(                       /* get new tranformation matrix for ray */
438 >        RAY  *r
439 > )
440   {
441          static struct xfn {
442                  struct xfn  *next;
443                  FULLXF  xf;
444          }  xfseed = { &xfseed }, *xflast = &xfseed;
445 <        register struct xfn  *xp;
446 <        register RAY  *rp;
445 >        struct xfn  *xp;
446 >        const RAY  *rp;
447  
448          /*
449           * Search for transform in circular list that
# Line 381 | Line 454 | RAY  *r;
454                  if (rp->rox == &xp->xf) {               /* xp in use */
455                          xp = xp->next;                  /* move to next */
456                          if (xp == xflast) {             /* need new one */
457 <                                xp = (struct xfn *)malloc(sizeof(struct xfn));
457 >                                xp = (struct xfn *)bmalloc(sizeof(struct xfn));
458                                  if (xp == NULL)
459                                          error(SYSTEM,
460                                                  "out of memory in newrayxf");
# Line 399 | Line 472 | RAY  *r;
472  
473  
474   void
475 < flipsurface(r)                  /* reverse surface orientation */
476 < register RAY  *r;
475 > flipsurface(                    /* reverse surface orientation */
476 >        RAY  *r
477 > )
478   {
479          r->rod = -r->rod;
480          r->ron[0] = -r->ron[0];
# Line 413 | Line 487 | register RAY  *r;
487  
488  
489   void
490 < rayhit(oset, r)                 /* standard ray hit test */
491 < OBJECT  *oset;
492 < RAY  *r;
490 > rayhit(                 /* standard ray hit test */
491 >        OBJECT  *oset,
492 >        RAY  *r
493 > )
494   {
495          OBJREC  *o;
496          int     i;
# Line 429 | Line 504 | RAY  *r;
504  
505  
506   int
507 < localhit(r, scene)              /* check for hit in the octree */
508 < register RAY  *r;
509 < register CUBE  *scene;
507 > localhit(               /* check for hit in the octree */
508 >        RAY  *r,
509 >        CUBE  *scene
510 > )
511   {
512          OBJECT  cxset[MAXCSET+1];       /* set of checked objects */
513          FVECT  curpos;                  /* current cube position */
514          int  sflags;                    /* sign flags */
515          double  t, dt;
516 <        register int  i;
516 >        int  i;
517  
518          nrays++;                        /* increment trace counter */
519          sflags = 0;
# Line 448 | Line 524 | register CUBE  *scene;
524                  else if (r->rdir[i] < -1e-7)
525                          sflags |= 0x10 << i;
526          }
527 <        if (sflags == 0)
528 <                error(CONSISTENCY, "zero ray direction in localhit");
527 >        if (!sflags) {
528 >                error(WARNING, "zero ray direction in localhit");
529 >                return(0);
530 >        }
531                                          /* start off assuming nothing hit */
532          if (r->rmax > FTINY) {          /* except aft plane if one */
533                  r->ro = &Aftplane;
534                  r->rot = r->rmax;
535 <                for (i = 0; i < 3; i++)
458 <                        r->rop[i] = r->rorg[i] + r->rot*r->rdir[i];
535 >                VSUM(r->rop, r->rorg, r->rdir, r->rot);
536          }
537                                          /* find global cube entrance point */
538          t = 0.0;
# Line 478 | Line 555 | register CUBE  *scene;
555                  if (t >= r->rot)        /* clipped already */
556                          return(0);
557                                          /* advance position */
558 <                for (i = 0; i < 3; i++)
482 <                        curpos[i] += r->rdir[i]*t;
558 >                VSUM(curpos, curpos, r->rdir, t);
559  
560                  if (!incube(scene, curpos))     /* non-intersecting ray */
561                          return(0);
562          }
563          cxset[0] = 0;
564          raymove(curpos, cxset, sflags, r, scene);
565 <        return(r->ro != NULL & r->ro != &Aftplane);
565 >        return((r->ro != NULL) & (r->ro != &Aftplane));
566   }
567  
568  
569   static int
570 < raymove(pos, cxs, dirf, r, cu)          /* check for hit as we move */
571 < FVECT  pos;                     /* current position, modified herein */
572 < OBJECT  *cxs;                   /* checked objects, modified by checkhit */
573 < int  dirf;                      /* direction indicators to speed tests */
574 < register RAY  *r;
575 < register CUBE  *cu;
570 > raymove(                /* check for hit as we move */
571 >        FVECT  pos,                     /* current position, modified herein */
572 >        OBJECT  *cxs,                   /* checked objects, modified by checkhit */
573 >        int  dirf,                      /* direction indicators to speed tests */
574 >        RAY  *r,
575 >        CUBE  *cu
576 > )
577   {
578          int  ax;
579          double  dt, t;
580  
581          if (istree(cu->cutree)) {               /* recurse on subcubes */
582                  CUBE  cukid;
583 <                register int  br, sgn;
583 >                int  br, sgn;
584  
585                  cukid.cusize = cu->cusize * 0.5;        /* find subcube */
586                  VCOPY(cukid.cuorg, cu->cuorg);
# Line 569 | Line 646 | register CUBE  *cu;
646                          ax = 2;
647                  }
648          }
649 <        pos[0] += r->rdir[0]*t;
573 <        pos[1] += r->rdir[1]*t;
574 <        pos[2] += r->rdir[2]*t;
649 >        VSUM(pos, pos, r->rdir, t);
650          return(ax);
651   }
652  
653  
654   static int
655 < checkhit(r, cu, cxs)            /* check for hit in full cube */
656 < register RAY  *r;
657 < CUBE  *cu;
658 < OBJECT  *cxs;
655 > checkhit(               /* check for hit in full cube */
656 >        RAY  *r,
657 >        CUBE  *cu,
658 >        OBJECT  *cxs
659 > )
660   {
661          OBJECT  oset[MAXSET+1];
662  
# Line 597 | Line 673 | OBJECT  *cxs;
673  
674  
675   static void
676 < checkset(os, cs)                /* modify checked set and set to check */
677 < register OBJECT  *os;                   /* os' = os - cs */
678 < register OBJECT  *cs;                   /* cs' = cs + os */
676 > checkset(               /* modify checked set and set to check */
677 >        OBJECT  *os,                    /* os' = os - cs */
678 >        OBJECT  *cs                     /* cs' = cs + os */
679 > )
680   {
681          OBJECT  cset[MAXCSET+MAXSET+1];
682 <        register int  i, j;
682 >        int  i, j;
683          int  k;
684                                          /* copy os in place, cset <- cs */
685          cset[0] = 0;

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