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

Comparing ray/src/rt/raytrace.c (file contents):
Revision 2.2 by greg, Mon Jan 25 15:16:59 1993 UTC vs.
Revision 2.35 by greg, Tue Feb 25 02:47:23 2003 UTC

# Line 1 | Line 1
1 – /* Copyright (c) 1991 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 "copyright.h"
11 +
12   #include  "ray.h"
13  
15 – #include  "octree.h"
16 –
14   #include  "otypes.h"
15  
16   #include  "otspecial.h"
17  
18 < extern CUBE  thescene;                  /* our scene */
22 < extern int  maxdepth;                   /* maximum recursion depth */
23 < extern double  minweight;               /* minimum ray weight */
24 < extern int  do_irrad;                   /* compute irradiance? */
18 > #define  MAXCSET        ((MAXSET+1)*2-1)        /* maximum check set size */
19  
20 < long  raynum = 0L;                      /* next unique ray number */
21 < long  nrays = 0L;                       /* number of calls to localhit */
20 > unsigned long  raynum = 0;              /* next unique ray number */
21 > unsigned long  nrays = 0;               /* number of calls to localhit */
22  
23   static FLOAT  Lambfa[5] = {PI, PI, PI, 0.0, 0.0};
24   OBJREC  Lamb = {
# Line 32 | Line 26 | OBJREC  Lamb = {
26          {0, 5, NULL, Lambfa}, NULL,
27   };                                      /* a Lambertian surface */
28  
29 < #define  MAXLOOP        128             /* modifier loop detection */
29 > OBJREC  Aftplane;                       /* aft clipping plane object */
30  
31 + static int  raymove(), checkhit();
32 + static void  checkset();
33 +
34 + #ifndef  MAXLOOP
35 + #define  MAXLOOP        0               /* modifier loop detection */
36 + #endif
37 +
38   #define  RAYHIT         (-1)            /* return value for intercepted ray */
39  
40  
41 + int
42   rayorigin(r, ro, rt, rw)                /* start new ray from old one */
43   register RAY  *r, *ro;
44   int  rt;
45   double  rw;
46   {
47 +        double  re;
48 +
49          if ((r->parent = ro) == NULL) {         /* primary ray */
50                  r->rlvl = 0;
51                  r->rweight = rw;
# Line 49 | Line 53 | double  rw;
53                  r->rsrc = -1;
54                  r->clipset = NULL;
55                  r->revf = raytrace;
56 +                copycolor(r->cext, cextinction);
57 +                copycolor(r->albedo, salbedo);
58 +                r->gecc = seccg;
59 +                r->slights = NULL;
60          } else {                                /* spawned ray */
61                  r->rlvl = ro->rlvl;
62                  if (rt & RAYREFL) {
63                          r->rlvl++;
64                          r->rsrc = -1;
65                          r->clipset = ro->clipset;
66 +                        r->rmax = 0.0;
67                  } else {
68                          r->rsrc = ro->rsrc;
69                          r->clipset = ro->newcset;
70 +                        r->rmax = ro->rmax <= FTINY ? 0.0 : ro->rmax - ro->rot;
71                  }
72                  r->revf = ro->revf;
73 <                r->rweight = ro->rweight * rw;
73 >                copycolor(r->cext, ro->cext);
74 >                copycolor(r->albedo, ro->albedo);
75 >                r->gecc = ro->gecc;
76 >                r->slights = ro->slights;
77                  r->crtype = ro->crtype | (r->rtype = rt);
78                  VCOPY(r->rorg, ro->rop);
79 +                r->rweight = ro->rweight * rw;
80 +                                                /* estimate absorption */
81 +                re = colval(ro->cext,RED) < colval(ro->cext,GRN) ?
82 +                                colval(ro->cext,RED) : colval(ro->cext,GRN);
83 +                if (colval(ro->cext,BLU) < re) re = colval(ro->cext,BLU);
84 +                if (re > 0.)
85 +                        r->rweight *= exp(-re*ro->rot);
86          }
87          rayclear(r);
88          return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
89   }
90  
91  
92 + void
93   rayclear(r)                     /* clear a ray for (re)evaluation */
94   register RAY  *r;
95   {
96          r->rno = raynum++;
76 –        r->cxs[0] = 0;
97          r->newcset = r->clipset;
98 +        r->robj = OVOID;
99          r->ro = NULL;
100 <        r->rot = FHUGE;
100 >        r->rox = NULL;
101 >        r->rt = r->rot = FHUGE;
102          r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
103          setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
104          setcolor(r->rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
83 –        r->rt = 0.0;
105   }
106  
107  
108 + void
109   raytrace(r)                     /* trace a ray and compute its value */
110   RAY  *r;
111   {
90 –        extern int  (*trace)();
91 –
112          if (localhit(r, &thescene))
113 <                raycont(r);
114 <        else if (sourcehit(r))
115 <                rayshade(r, r->ro->omod);
113 >                raycont(r);             /* hit local surface, evaluate */
114 >        else if (r->ro == &Aftplane) {
115 >                r->ro = NULL;           /* hit aft clipping plane */
116 >                r->rot = FHUGE;
117 >        } else if (sourcehit(r))
118 >                rayshade(r, r->ro->omod);       /* distant source */
119  
120 +        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
121 +
122          if (trace != NULL)
123                  (*trace)(r);            /* trace execution */
124   }
125  
126  
127 + void
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);
107 –        else
108 –                rayshade(r, r->ro->omod);
134   }
135  
136  
137 + void
138   raytrans(r)                     /* transmit ray as is */
139   register RAY  *r;
140   {
# Line 123 | Line 149 | register RAY  *r;
149   }
150  
151  
152 + int
153   rayshade(r, mod)                /* shade ray r with material mod */
154   register RAY  *r;
155   int  mod;
156   {
157 <        static int  depth = 0;
157 >        int  gotmat;
158          register OBJREC  *m;
159 + #if  MAXLOOP
160 +        static int  depth = 0;
161                                          /* check for infinite loop */
162          if (depth++ >= MAXLOOP)
163                  objerror(r->ro, USER, "possible modifier loop");
164 + #endif
165          r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
166 <        for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
166 >        for (gotmat = 0; !gotmat && mod != OVOID; mod = m->omod) {
167                  m = objptr(mod);
168                  /****** unnecessary test since modifier() is always called
169                  if (!ismodifier(m->otype)) {
# Line 144 | Line 174 | int  mod;
174                                          /* hack for irradiance calculation */
175                  if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS))) {
176                          if (irr_ignore(m->otype)) {
177 + #if  MAXLOOP
178                                  depth--;
179 + #endif
180                                  raytrans(r);
181 <                                return;
181 >                                return(1);
182                          }
183                          if (!islight(m->otype))
184                                  m = &Lamb;
185                  }
186 <                (*ofun[m->otype].funp)(m, r);   /* execute function */
187 <                if (ismaterial(m->otype)) {     /* materials call raytexture */
156 <                        depth--;
157 <                        return;         /* we're done */
158 <                }
186 >                                        /* materials call raytexture */
187 >                gotmat = (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
188          }
189 <        objerror(r->ro, USER, "material not found");
189 > #if  MAXLOOP
190 >        depth--;
191 > #endif
192 >        return(gotmat);
193   }
194  
195  
196 + void
197 + rayparticipate(r)                       /* compute ray medium participation */
198 + register RAY  *r;
199 + {
200 +        COLOR   ce, ca;
201 +        double  re, ge, be;
202 +
203 +        if (intens(r->cext) <= 1./FHUGE)
204 +                return;                         /* no medium */
205 +        re = r->rot*colval(r->cext,RED);
206 +        ge = r->rot*colval(r->cext,GRN);
207 +        be = r->rot*colval(r->cext,BLU);
208 +        if (r->crtype & SHADOW) {               /* no scattering for sources */
209 +                re *= 1. - colval(r->albedo,RED);
210 +                ge *= 1. - colval(r->albedo,GRN);
211 +                be *= 1. - colval(r->albedo,BLU);
212 +        }
213 +        setcolor(ce,    re<=0. ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
214 +                        ge<=0. ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
215 +                        be<=0. ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
216 +        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path absorption */
217 +        if (r->crtype & SHADOW || intens(r->albedo) <= FTINY)
218 +                return;                         /* no scattering */
219 +        setcolor(ca,
220 +                colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
221 +                colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
222 +                colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
223 +        addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
224 +        srcscatter(r);                          /* source in scattering */
225 + }
226 +
227 +
228   raytexture(r, mod)                      /* get material modifiers */
229   RAY  *r;
230   int  mod;
231   {
168 –        static int  depth = 0;
232          register OBJREC  *m;
233 + #if  MAXLOOP
234 +        static int  depth = 0;
235                                          /* check for infinite loop */
236          if (depth++ >= MAXLOOP)
237                  objerror(r->ro, USER, "modifier loop");
238 + #endif
239                                          /* execute textures and patterns */
240          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
241                  m = objptr(mod);
242 <                if (!istexture(m->otype)) {
242 >                /****** unnecessary test since modifier() is always called
243 >                if (!ismodifier(m->otype)) {
244                          sprintf(errmsg, "illegal modifier \"%s\"", m->oname);
245                          error(USER, errmsg);
246                  }
247 <                (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
247 >                ******/
248 >                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r)) {
249 >                        sprintf(errmsg, "conflicting material \"%s\"",
250 >                                        m->oname);
251 >                        objerror(r->ro, USER, errmsg);
252 >                }
253          }
254 + #if  MAXLOOP
255          depth--;                        /* end here */
256 + #endif
257   }
258  
259  
260 + int
261   raymixture(r, fore, back, coef)         /* mix modifiers */
262   register RAY  *r;
263   OBJECT  fore, back;
264   double  coef;
265   {
266 <        FVECT  curpert, forepert, backpert;
267 <        COLOR  curpcol, forepcol, backpcol;
266 >        RAY  fr, br;
267 >        int  foremat, backmat;
268          register int  i;
269 <                                        /* clip coefficient */
269 >                                        /* bound coefficient */
270          if (coef > 1.0)
271                  coef = 1.0;
272          else if (coef < 0.0)
273                  coef = 0.0;
274 <                                        /* save current mods */
275 <        VCOPY(curpert, r->pert);
276 <        copycolor(curpcol, r->pcol);
277 <                                        /* compute new mods */
278 <                                                /* foreground */
279 <        r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
280 <        setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
281 <        if (fore != OVOID && coef > FTINY)
282 <                raytexture(r, fore);
283 <        VCOPY(forepert, r->pert);
284 <        copycolor(forepcol, r->pcol);
285 <                                                /* background */
286 <        r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
287 <        setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
288 <        if (back != OVOID && coef < 1.0-FTINY)
289 <                raytexture(r, back);
290 <        VCOPY(backpert, r->pert);
216 <        copycolor(backpcol, r->pcol);
217 <                                        /* sum perturbations */
274 >                                        /* compute foreground and background */
275 >        foremat = backmat = 0;
276 >                                        /* foreground */
277 >        copystruct(&fr, r);
278 >        if (coef > FTINY)
279 >                foremat = rayshade(&fr, fore);
280 >                                        /* background */
281 >        copystruct(&br, r);
282 >        if (coef < 1.0-FTINY)
283 >                backmat = rayshade(&br, back);
284 >                                        /* check for transparency */
285 >        if (backmat ^ foremat)
286 >                if (backmat && coef > FTINY)
287 >                        raytrans(&fr);
288 >                else if (foremat && coef < 1.0-FTINY)
289 >                        raytrans(&br);
290 >                                        /* mix perturbations */
291          for (i = 0; i < 3; i++)
292 <                r->pert[i] = curpert[i] + coef*forepert[i] +
293 <                                (1.0-coef)*backpert[i];
294 <                                        /* multiply colors */
295 <        setcolor(r->pcol, coef*colval(forepcol,RED) +
296 <                                (1.0-coef)*colval(backpcol,RED),
297 <                        coef*colval(forepcol,GRN) +
298 <                                (1.0-coef)*colval(backpcol,GRN),
299 <                        coef*colval(forepcol,BLU) +
300 <                                (1.0-coef)*colval(backpcol,BLU));
301 <        multcolor(r->pcol, curpcol);
292 >                r->pert[i] = coef*fr.pert[i] + (1.0-coef)*br.pert[i];
293 >                                        /* mix pattern colors */
294 >        scalecolor(fr.pcol, coef);
295 >        scalecolor(br.pcol, 1.0-coef);
296 >        copycolor(r->pcol, fr.pcol);
297 >        addcolor(r->pcol, br.pcol);
298 >                                        /* return value tells if material */
299 >        if (!foremat & !backmat)
300 >                return(0);
301 >                                        /* mix returned ray values */
302 >        scalecolor(fr.rcol, coef);
303 >        scalecolor(br.rcol, 1.0-coef);
304 >        copycolor(r->rcol, fr.rcol);
305 >        addcolor(r->rcol, br.rcol);
306 >        r->rt = bright(fr.rcol) > bright(br.rcol) ? fr.rt : br.rt;
307 >        return(1);
308   }
309  
310  
311   double
312 + raydist(r, flags)               /* compute (cumulative) ray distance */
313 + register RAY  *r;
314 + register int  flags;
315 + {
316 +        double  sum = 0.0;
317 +
318 +        while (r != NULL && r->crtype&flags) {
319 +                sum += r->rot;
320 +                r = r->parent;
321 +        }
322 +        return(sum);
323 + }
324 +
325 +
326 + double
327   raynormal(norm, r)              /* compute perturbed normal for ray */
328   FVECT  norm;
329   register RAY  *r;
# Line 264 | Line 358 | register RAY  *r;
358   }
359  
360  
361 + void
362   newrayxf(r)                     /* get new tranformation matrix for ray */
363   RAY  *r;
364   {
# Line 283 | Line 378 | RAY  *r;
378                  if (rp->rox == &xp->xf) {               /* xp in use */
379                          xp = xp->next;                  /* move to next */
380                          if (xp == xflast) {             /* need new one */
381 <                                xp = (struct xfn *)bmalloc(sizeof(struct xfn));
381 >                                xp = (struct xfn *)malloc(sizeof(struct xfn));
382                                  if (xp == NULL)
383                                          error(SYSTEM,
384                                                  "out of memory in newrayxf");
# Line 300 | Line 395 | RAY  *r;
395   }
396  
397  
398 + void
399   flipsurface(r)                  /* reverse surface orientation */
400   register RAY  *r;
401   {
# Line 313 | Line 409 | register RAY  *r;
409   }
410  
411  
412 + int
413   localhit(r, scene)              /* check for hit in the octree */
414   register RAY  *r;
415   register CUBE  *scene;
416   {
417 +        OBJECT  cxset[MAXCSET+1];       /* set of checked objects */
418          FVECT  curpos;                  /* current cube position */
419          int  sflags;                    /* sign flags */
420          double  t, dt;
# Line 326 | Line 424 | register CUBE  *scene;
424          sflags = 0;
425          for (i = 0; i < 3; i++) {
426                  curpos[i] = r->rorg[i];
427 <                if (r->rdir[i] > FTINY)
427 >                if (r->rdir[i] > 1e-7)
428                          sflags |= 1 << i;
429 <                else if (r->rdir[i] < -FTINY)
429 >                else if (r->rdir[i] < -1e-7)
430                          sflags |= 0x10 << i;
431          }
432          if (sflags == 0)
433                  error(CONSISTENCY, "zero ray direction in localhit");
434 +                                        /* start off assuming nothing hit */
435 +        if (r->rmax > FTINY) {          /* except aft plane if one */
436 +                r->ro = &Aftplane;
437 +                r->rot = r->rmax;
438 +                for (i = 0; i < 3; i++)
439 +                        r->rop[i] = r->rorg[i] + r->rot*r->rdir[i];
440 +        }
441 +                                        /* find global cube entrance point */
442          t = 0.0;
443          if (!incube(scene, curpos)) {
444                                          /* find distance to entry */
# Line 350 | Line 456 | register CUBE  *scene;
456                                  t = dt; /* farthest face is the one */
457                  }
458                  t += FTINY;             /* fudge to get inside cube */
459 +                if (t >= r->rot)        /* clipped already */
460 +                        return(0);
461                                          /* advance position */
462                  for (i = 0; i < 3; i++)
463                          curpos[i] += r->rdir[i]*t;
# Line 357 | Line 465 | register CUBE  *scene;
465                  if (!incube(scene, curpos))     /* non-intersecting ray */
466                          return(0);
467          }
468 <        return(raymove(curpos, sflags, r, scene) == RAYHIT);
468 >        cxset[0] = 0;
469 >        raymove(curpos, cxset, sflags, r, scene);
470 >        return(r->ro != NULL & r->ro != &Aftplane);
471   }
472  
473  
474   static int
475 < raymove(pos, dirf, r, cu)               /* check for hit as we move */
476 < FVECT  pos;                     /* modified */
475 > raymove(pos, cxs, dirf, r, cu)          /* check for hit as we move */
476 > FVECT  pos;                     /* current position, modified herein */
477 > OBJECT  *cxs;                   /* checked objects, modified by checkhit */
478   int  dirf;                      /* direction indicators to speed tests */
479   register RAY  *r;
480   register CUBE  *cu;
# Line 392 | Line 503 | register CUBE  *cu;
503                  }
504                  for ( ; ; ) {
505                          cukid.cutree = octkid(cu->cutree, br);
506 <                        if ((ax = raymove(pos,dirf,r,&cukid)) == RAYHIT)
506 >                        if ((ax = raymove(pos,cxs,dirf,r,&cukid)) == RAYHIT)
507                                  return(RAYHIT);
508                          sgn = 1 << ax;
509                          if (sgn & dirf)                 /* positive axis? */
# Line 411 | Line 522 | register CUBE  *cu;
522                  }
523                  /*NOTREACHED*/
524          }
525 <        if (isfull(cu->cutree) && checkhit(r, cu))
525 >        if (isfull(cu->cutree)) {
526 >                if (checkhit(r, cu, cxs))
527 >                        return(RAYHIT);
528 >        } else if (r->ro == &Aftplane && incube(cu, r->rop))
529                  return(RAYHIT);
530                                          /* advance to next cube */
531          if (dirf&0x11) {
# Line 443 | Line 557 | register CUBE  *cu;
557   }
558  
559  
560 < static
561 < checkhit(r, cu)                 /* check for hit in full cube */
560 > static int
561 > checkhit(r, cu, cxs)            /* check for hit in full cube */
562   register RAY  *r;
563   CUBE  *cu;
564 + OBJECT  *cxs;
565   {
566          OBJECT  oset[MAXSET+1];
567          register OBJREC  *o;
568          register int  i;
569  
570          objset(oset, cu->cutree);
571 <        checkset(oset, r->cxs);                 /* eliminate double-checking */
571 >        checkset(oset, cxs);                    /* eliminate double-checking */
572          for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
573                  o = objptr(oset[i]);
574 <                (*ofun[o->otype].funp)(o, r);
574 >                if ((*ofun[o->otype].funp)(o, r))
575 >                        r->robj = oset[i];
576          }
577          if (r->ro == NULL)
578                  return(0);                      /* no scores yet */
# Line 465 | Line 581 | CUBE  *cu;
581   }
582  
583  
584 < static
584 > static void
585   checkset(os, cs)                /* modify checked set and set to check */
586 < register OBJECT  os[MAXSET+1];          /* os' = os - cs */
587 < register OBJECT  cs[MAXCSET+1];         /* cs' = cs + os */
586 > register OBJECT  *os;                   /* os' = os - cs */
587 > register OBJECT  *cs;                   /* cs' = cs + os */
588   {
589          OBJECT  cset[MAXCSET+MAXSET+1];
590 <        register int  i, j, k;
590 >        register int  i, j;
591 >        int  k;
592                                          /* copy os in place, cset <- cs */
593          cset[0] = 0;
594          k = 0;
# Line 483 | Line 600 | register OBJECT  cs[MAXCSET+1];                /* cs' = cs + os */
600                          cset[++cset[0]] = os[i];
601                  }
602          }
603 +        if (!(os[0] = k))               /* new "to check" set size */
604 +                return;                 /* special case */
605          while (j <= cs[0])              /* get the rest of cs */
606                  cset[++cset[0]] = cs[j++];
607 <        if (cset[0] > MAXCSET)          /* truncate if necessary */
607 >        if (cset[0] > MAXCSET)          /* truncate "checked" set if nec. */
608                  cset[0] = MAXCSET;
609 <        setcopy(cs, cset);              /* copy new "checked" set back */
610 <        os[0] = k;                      /* new "to check" set size */
609 >        /* setcopy(cs, cset); */        /* copy cset back to cs */
610 >        os = cset;
611 >        for (i = os[0]; i-- >= 0; )
612 >                *cs++ = *os++;
613   }

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