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

Comparing ray/src/rt/raytrace.c (file contents):
Revision 2.29 by gregl, Tue Dec 23 18:25:15 1997 UTC vs.
Revision 2.49 by greg, Tue Apr 19 01:15:06 2005 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  
17   #define  MAXCSET        ((MAXSET+1)*2-1)        /* maximum check set size */
18  
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 – 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 –
19   unsigned long  raynum = 0;              /* next unique ray number */
20   unsigned long  nrays = 0;               /* number of calls to localhit */
21  
22 < static FLOAT  Lambfa[5] = {PI, PI, PI, 0.0, 0.0};
22 > static RREAL  Lambfa[5] = {PI, PI, PI, 0.0, 0.0};
23   OBJREC  Lamb = {
24          OVOID, MAT_PLASTIC, "Lambertian",
25          {0, 5, NULL, Lambfa}, NULL,
# Line 42 | Line 27 | OBJREC  Lamb = {
27  
28   OBJREC  Aftplane;                       /* aft clipping plane object */
29  
45 – static int  raymove(), checkset(), checkhit();
46 –
47 – #define  MAXLOOP        128             /* modifier loop detection */
48 –
30   #define  RAYHIT         (-1)            /* return value for intercepted ray */
31  
32 + static int raymove(FVECT  pos, OBJECT  *cxs, int  dirf, RAY  *r, CUBE  *cu);
33 + static int checkhit(RAY  *r, CUBE  *cu, OBJECT  *cxs);
34 + static void checkset(OBJECT  *os, OBJECT  *cs);
35  
36 < rayorigin(r, ro, rt, rw)                /* start new ray from old one */
37 < register RAY  *r, *ro;
38 < int  rt;
39 < double  rw;
36 >
37 > extern int
38 > rayorigin(              /* start new ray from old one */
39 >        RAY  *r,
40 >        int  rt,
41 >        const RAY  *ro,
42 >        const COLOR rc
43 > )
44   {
45 +        double  rw, re;
46 +                                                /* assign coefficient/weight */
47 +        if (rc == NULL) {
48 +                rw = 1.0;
49 +                setcolor(r->rcoef, 1., 1., 1.);
50 +        } else {
51 +                rw = intens(rc);
52 +                if (rc != r->rcoef)
53 +                        copycolor(r->rcoef, rc);
54 +        }
55          if ((r->parent = ro) == NULL) {         /* primary ray */
56                  r->rlvl = 0;
57                  r->rweight = rw;
58                  r->crtype = r->rtype = rt;
59                  r->rsrc = -1;
60                  r->clipset = NULL;
63 –                r->revf = raytrace;
61                  copycolor(r->cext, cextinction);
62                  copycolor(r->albedo, salbedo);
63                  r->gecc = seccg;
64                  r->slights = NULL;
65          } else {                                /* spawned ray */
66 +                if (ro->rot >= FHUGE) {
67 +                        memset(r, 0, sizeof(RAY));
68 +                        return(-1);             /* illegal continuation */
69 +                }
70                  r->rlvl = ro->rlvl;
71                  if (rt & RAYREFL) {
72                          r->rlvl++;
# Line 77 | Line 78 | double  rw;
78                          r->clipset = ro->newcset;
79                          r->rmax = ro->rmax <= FTINY ? 0.0 : ro->rmax - ro->rot;
80                  }
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;
85                  r->crtype = ro->crtype | (r->rtype = rt);
86                  VCOPY(r->rorg, ro->rop);
87 +                r->rweight = ro->rweight * rw;
88 +                                                /* estimate extinction */
89 +                re = colval(ro->cext,RED) < colval(ro->cext,GRN) ?
90 +                                colval(ro->cext,RED) : colval(ro->cext,GRN);
91 +                if (colval(ro->cext,BLU) < re) re = colval(ro->cext,BLU);
92 +                re *= ro->rot;
93 +                if (re > .1)
94 +                        r->rweight *= exp(-re);
95          }
96          rayclear(r);
97          return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
98   }
99  
100  
101 < rayclear(r)                     /* clear a ray for (re)evaluation */
102 < register RAY  *r;
101 > extern void
102 > rayclear(                       /* clear a ray for (re)evaluation */
103 >        register RAY  *r
104 > )
105   {
106          r->rno = raynum++;
107          r->newcset = r->clipset;
108 +        r->hitf = rayhit;
109          r->robj = OVOID;
110          r->ro = NULL;
111 +        r->rox = NULL;
112          r->rt = r->rot = FHUGE;
113          r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
114 +        r->uv[0] = r->uv[1] = 0.0;
115          setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
116          setcolor(r->rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
117   }
118  
119  
120 < raytrace(r)                     /* trace a ray and compute its value */
121 < RAY  *r;
120 > extern void
121 > rayvalue(                       /* trace a ray and compute its value */
122 >        RAY  *r
123 > )
124   {
111 –        extern int  (*trace)();
112 –
125          if (localhit(r, &thescene))
126                  raycont(r);             /* hit local surface, evaluate */
127          else if (r->ro == &Aftplane) {
# Line 118 | Line 130 | RAY  *r;
130          } else if (sourcehit(r))
131                  rayshade(r, r->ro->omod);       /* distant source */
132  
121 –        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
122 –
133          if (trace != NULL)
134                  (*trace)(r);            /* trace execution */
135 +
136 +        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
137   }
138  
139  
140 < raycont(r)                      /* check for clipped object and continue */
141 < register RAY  *r;
140 > extern void
141 > raycont(                        /* check for clipped object and continue */
142 >        register RAY  *r
143 > )
144   {
145          if ((r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod)) ||
146                          !rayshade(r, r->ro->omod))
# Line 134 | Line 148 | register RAY  *r;
148   }
149  
150  
151 < raytrans(r)                     /* transmit ray as is */
152 < register RAY  *r;
151 > extern void
152 > raytrans(                       /* transmit ray as is */
153 >        register RAY  *r
154 > )
155   {
156          RAY  tr;
157  
158 <        if (rayorigin(&tr, r, TRANS, 1.0) == 0) {
158 >        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, NULL) == 0) {
159                  VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
160                  rayvalue(&tr);
161                  copycolor(r->rcol, tr.rcol);
# Line 148 | Line 164 | register RAY  *r;
164   }
165  
166  
167 < rayshade(r, mod)                /* shade ray r with material mod */
168 < register RAY  *r;
169 < int  mod;
167 > extern int
168 > rayshade(               /* shade ray r with material mod */
169 >        register RAY  *r,
170 >        int  mod
171 > )
172   {
155 –        static int  depth = 0;
156 –        int  gotmat;
173          register OBJREC  *m;
174 <                                        /* check for infinite loop */
159 <        if (depth++ >= MAXLOOP)
160 <                objerror(r->ro, USER, "possible modifier loop");
174 >
175          r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
176 <        for (gotmat = 0; !gotmat && mod != OVOID; mod = m->omod) {
176 >        for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
177                  m = objptr(mod);
178                  /****** unnecessary test since modifier() is always called
179                  if (!ismodifier(m->otype)) {
# Line 168 | Line 182 | int  mod;
182                  }
183                  ******/
184                                          /* hack for irradiance calculation */
185 <                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS))) {
185 >                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS)) &&
186 >                                m->otype != MAT_CLIP &&
187 >                                (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X))) {
188                          if (irr_ignore(m->otype)) {
173 –                                depth--;
189                                  raytrans(r);
190                                  return(1);
191                          }
192                          if (!islight(m->otype))
193                                  m = &Lamb;
194                  }
195 <                                        /* materials call raytexture */
196 <                gotmat = (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
195 >                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r))
196 >                        return(1);      /* materials call raytexture() */
197          }
198 <        depth--;
184 <        return(gotmat);
198 >        return(0);                      /* no material! */
199   }
200  
201  
202 < rayparticipate(r)                       /* compute ray medium participation */
203 < register RAY  *r;
202 > extern void
203 > rayparticipate(                 /* compute ray medium participation */
204 >        register RAY  *r
205 > )
206   {
207          COLOR   ce, ca;
208          double  re, ge, be;
# Line 201 | Line 217 | register RAY  *r;
217                  ge *= 1. - colval(r->albedo,GRN);
218                  be *= 1. - colval(r->albedo,BLU);
219          }
220 <        setcolor(ce,    re<=0. ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
221 <                        ge<=0. ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
222 <                        be<=0. ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
223 <        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path absorption */
220 >        setcolor(ce,    re<=FTINY ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
221 >                        ge<=FTINY ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
222 >                        be<=FTINY ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
223 >        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path extinction */
224          if (r->crtype & SHADOW || intens(r->albedo) <= FTINY)
225                  return;                         /* no scattering */
226          setcolor(ca,
# Line 216 | Line 232 | register RAY  *r;
232   }
233  
234  
235 < raytexture(r, mod)                      /* get material modifiers */
236 < RAY  *r;
237 < int  mod;
235 > extern void
236 > raytexture(                     /* get material modifiers */
237 >        RAY  *r,
238 >        OBJECT  mod
239 > )
240   {
223 –        static int  depth = 0;
241          register OBJREC  *m;
225 –                                        /* check for infinite loop */
226 –        if (depth++ >= MAXLOOP)
227 –                objerror(r->ro, USER, "modifier loop");
242                                          /* execute textures and patterns */
243          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
244                  m = objptr(mod);
# Line 240 | Line 254 | int  mod;
254                          objerror(r->ro, USER, errmsg);
255                  }
256          }
243 –        depth--;                        /* end here */
257   }
258  
259  
260 < raymixture(r, fore, back, coef)         /* mix modifiers */
261 < register RAY  *r;
262 < OBJECT  fore, back;
263 < double  coef;
260 > extern int
261 > raymixture(             /* mix modifiers */
262 >        register RAY  *r,
263 >        OBJECT  fore,
264 >        OBJECT  back,
265 >        double  coef
266 > )
267   {
268          RAY  fr, br;
269          int  foremat, backmat;
# Line 260 | Line 276 | double  coef;
276                                          /* compute foreground and background */
277          foremat = backmat = 0;
278                                          /* foreground */
279 <        copystruct(&fr, r);
279 >        fr = *r;
280          if (coef > FTINY)
281                  foremat = rayshade(&fr, fore);
282                                          /* background */
283 <        copystruct(&br, r);
283 >        br = *r;
284          if (coef < 1.0-FTINY)
285                  backmat = rayshade(&br, back);
286                                          /* check for transparency */
287 <        if (backmat ^ foremat)
288 <                if (backmat)
287 >        if (backmat ^ foremat) {
288 >                if (backmat && coef > FTINY)
289                          raytrans(&fr);
290 <                else
290 >                else if (foremat && coef < 1.0-FTINY)
291                          raytrans(&br);
292 +        }
293                                          /* mix perturbations */
294          for (i = 0; i < 3; i++)
295                  r->pert[i] = coef*fr.pert[i] + (1.0-coef)*br.pert[i];
# Line 294 | Line 311 | double  coef;
311   }
312  
313  
314 < double
315 < raydist(r, flags)               /* compute (cumulative) ray distance */
316 < register RAY  *r;
317 < register int  flags;
314 > extern double
315 > raydist(                /* compute (cumulative) ray distance */
316 >        register const RAY  *r,
317 >        register int  flags
318 > )
319   {
320          double  sum = 0.0;
321  
# Line 309 | Line 327 | register int  flags;
327   }
328  
329  
330 < double
331 < raynormal(norm, r)              /* compute perturbed normal for ray */
332 < FVECT  norm;
333 < register RAY  *r;
330 > extern void
331 > raycontrib(             /* compute (cumulative) ray contribution */
332 >        COLOR  rc,
333 >        const RAY  *r,
334 >        int  flags
335 > )
336   {
337 +        COLOR   eext, ext1;
338 +        
339 +        setcolor(eext, 0., 0., 0.);
340 +        setcolor(rc, 1., 1., 1.);
341 +
342 +        while (r != NULL && r->crtype&flags) {
343 +                multcolor(rc, r->rcoef);
344 +                copycolor(ext1, r->cext);
345 +                scalecolor(ext1, r->rot);
346 +                addcolor(eext, ext1);
347 +                r = r->parent;
348 +        }
349 +        if (intens(eext) > FTINY) {
350 +                setcolor(ext1,  exp(-colval(eext,RED)),
351 +                                exp(-colval(eext,GRN)),
352 +                                exp(-colval(eext,BLU)));
353 +                multcolor(rc, ext1);
354 +        }
355 + }
356 +
357 +
358 + extern double
359 + raynormal(              /* compute perturbed normal for ray */
360 +        FVECT  norm,
361 +        register RAY  *r
362 + )
363 + {
364          double  newdot;
365          register int  i;
366  
# Line 344 | Line 391 | register RAY  *r;
391   }
392  
393  
394 < newrayxf(r)                     /* get new tranformation matrix for ray */
395 < RAY  *r;
394 > extern void
395 > newrayxf(                       /* get new tranformation matrix for ray */
396 >        RAY  *r
397 > )
398   {
399          static struct xfn {
400                  struct xfn  *next;
401                  FULLXF  xf;
402          }  xfseed = { &xfseed }, *xflast = &xfseed;
403          register struct xfn  *xp;
404 <        register RAY  *rp;
404 >        register const RAY  *rp;
405  
406          /*
407           * Search for transform in circular list that
# Line 363 | Line 412 | RAY  *r;
412                  if (rp->rox == &xp->xf) {               /* xp in use */
413                          xp = xp->next;                  /* move to next */
414                          if (xp == xflast) {             /* need new one */
415 <                                xp = (struct xfn *)bmalloc(sizeof(struct xfn));
415 >                                xp = (struct xfn *)malloc(sizeof(struct xfn));
416                                  if (xp == NULL)
417                                          error(SYSTEM,
418                                                  "out of memory in newrayxf");
# Line 380 | Line 429 | RAY  *r;
429   }
430  
431  
432 < flipsurface(r)                  /* reverse surface orientation */
433 < register RAY  *r;
432 > extern void
433 > flipsurface(                    /* reverse surface orientation */
434 >        register RAY  *r
435 > )
436   {
437          r->rod = -r->rod;
438          r->ron[0] = -r->ron[0];
# Line 393 | Line 444 | register RAY  *r;
444   }
445  
446  
447 < localhit(r, scene)              /* check for hit in the octree */
448 < register RAY  *r;
449 < register CUBE  *scene;
447 > extern void
448 > rayhit(                 /* standard ray hit test */
449 >        OBJECT  *oset,
450 >        RAY  *r
451 > )
452   {
453 +        OBJREC  *o;
454 +        int     i;
455 +
456 +        for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
457 +                o = objptr(oset[i]);
458 +                if ((*ofun[o->otype].funp)(o, r))
459 +                        r->robj = oset[i];
460 +        }
461 + }
462 +
463 +
464 + extern int
465 + localhit(               /* check for hit in the octree */
466 +        register RAY  *r,
467 +        register CUBE  *scene
468 + )
469 + {
470          OBJECT  cxset[MAXCSET+1];       /* set of checked objects */
471          FVECT  curpos;                  /* current cube position */
472          int  sflags;                    /* sign flags */
# Line 450 | Line 520 | register CUBE  *scene;
520          }
521          cxset[0] = 0;
522          raymove(curpos, cxset, sflags, r, scene);
523 <        return(r->ro != NULL & r->ro != &Aftplane);
523 >        return((r->ro != NULL) & (r->ro != &Aftplane));
524   }
525  
526  
527   static int
528 < raymove(pos, cxs, dirf, r, cu)          /* check for hit as we move */
529 < FVECT  pos;                     /* current position, modified herein */
530 < OBJECT  *cxs;                   /* checked objects, modified by checkhit */
531 < int  dirf;                      /* direction indicators to speed tests */
532 < register RAY  *r;
533 < register CUBE  *cu;
528 > raymove(                /* check for hit as we move */
529 >        FVECT  pos,                     /* current position, modified herein */
530 >        OBJECT  *cxs,                   /* checked objects, modified by checkhit */
531 >        int  dirf,                      /* direction indicators to speed tests */
532 >        register RAY  *r,
533 >        register CUBE  *cu
534 > )
535   {
536          int  ax;
537          double  dt, t;
# Line 540 | Line 611 | register CUBE  *cu;
611   }
612  
613  
614 < static
615 < checkhit(r, cu, cxs)            /* check for hit in full cube */
616 < register RAY  *r;
617 < CUBE  *cu;
618 < OBJECT  *cxs;
614 > static int
615 > checkhit(               /* check for hit in full cube */
616 >        register RAY  *r,
617 >        CUBE  *cu,
618 >        OBJECT  *cxs
619 > )
620   {
621          OBJECT  oset[MAXSET+1];
550 –        register OBJREC  *o;
551 –        register int  i;
622  
623          objset(oset, cu->cutree);
624 <        checkset(oset, cxs);                    /* eliminate double-checking */
625 <        for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
626 <                o = objptr(oset[i]);
627 <                if ((*ofun[o->otype].funp)(o, r))
628 <                        r->robj = oset[i];
559 <        }
560 <        if (r->ro == NULL)
624 >        checkset(oset, cxs);                    /* avoid double-checking */
625 >
626 >        (*r->hitf)(oset, r);                    /* test for hit in set */
627 >
628 >        if (r->robj == OVOID)
629                  return(0);                      /* no scores yet */
630  
631          return(incube(cu, r->rop));             /* hit OK if in current cube */
632   }
633  
634  
635 < static
636 < checkset(os, cs)                /* modify checked set and set to check */
637 < register OBJECT  *os;                   /* os' = os - cs */
638 < register OBJECT  *cs;                   /* cs' = cs + os */
635 > static void
636 > checkset(               /* modify checked set and set to check */
637 >        register OBJECT  *os,                   /* os' = os - cs */
638 >        register OBJECT  *cs                    /* cs' = cs + os */
639 > )
640   {
641          OBJECT  cset[MAXCSET+MAXSET+1];
642          register int  i, j;

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