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

Comparing ray/src/rt/raytrace.c (file contents):
Revision 1.3 by greg, Wed Apr 19 22:24:28 1989 UTC vs.
Revision 2.22 by greg, Wed Dec 6 12:07:50 1995 UTC

# Line 1 | Line 1
1 < /* Copyright (c) 1986 Regents of the University of California */
1 > /* Copyright (c) 1995 Regents of the University of California */
2  
3   #ifndef lint
4   static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
# Line 16 | Line 16 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
16  
17   #include  "otypes.h"
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  
28 < long  nrays = 0L;                       /* number of rays traced */
28 > unsigned long  raynum = 0;              /* next unique ray number */
29 > unsigned long  nrays = 0;               /* number of calls to localhit */
30  
31 < #define  MAXLOOP        32              /* modifier loop detection */
31 > static FLOAT  Lambfa[5] = {PI, PI, PI, 0.0, 0.0};
32 > OBJREC  Lamb = {
33 >        OVOID, MAT_PLASTIC, "Lambertian",
34 >        {0, 5, NULL, Lambfa}, NULL,
35 > };                                      /* a Lambertian surface */
36  
37 + OBJREC  Aftplane;                       /* aft clipping plane object */
38 +
39 + static int  raymove(), checkset(), checkhit();
40 +
41 + #define  MAXLOOP        128             /* modifier loop detection */
42 +
43   #define  RAYHIT         (-1)            /* return value for intercepted ray */
44  
45  
# Line 38 | Line 54 | double  rw;
54                  r->crtype = r->rtype = rt;
55                  r->rsrc = -1;
56                  r->clipset = NULL;
57 +                r->revf = raytrace;
58          } else {                                /* spawned ray */
59                  r->rlvl = ro->rlvl;
60                  if (rt & RAYREFL) {
61                          r->rlvl++;
62                          r->rsrc = -1;
63                          r->clipset = ro->clipset;
64 +                        r->rmax = 0.0;
65                  } else {
66                          r->rsrc = ro->rsrc;
67                          r->clipset = ro->newcset;
68 +                        r->rmax = ro->rmax <= FTINY ? 0.0 : ro->rmax - ro->rot;
69                  }
70 +                r->revf = ro->revf;
71                  r->rweight = ro->rweight * rw;
72                  r->crtype = ro->crtype | (r->rtype = rt);
73                  VCOPY(r->rorg, ro->rop);
74          }
75 <        r->rno = nrays;
75 >        rayclear(r);
76 >        return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
77 > }
78 >
79 >
80 > rayclear(r)                     /* clear a ray for (re)evaluation */
81 > register RAY  *r;
82 > {
83 >        r->rno = raynum++;
84          r->newcset = r->clipset;
85          r->ro = NULL;
86          r->rot = FHUGE;
87          r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
88          setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
89          setcolor(r->rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
90 <        return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
90 >        r->rt = 0.0;
91   }
92  
93  
94 < rayvalue(r)                     /* compute a ray's value */
95 < register RAY  *r;
94 > raytrace(r)                     /* trace a ray and compute its value */
95 > RAY  *r;
96   {
97          extern int  (*trace)();
98 +        int  gotmat;
99  
100          if (localhit(r, &thescene))
101 <                if (r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod))
102 <                        raytrans(r);            /* object is clipped */
103 <                else
104 <                        rayshade(r, r->ro->omod);
105 <        else if (sourcehit(r))
106 <                rayshade(r, r->ro->omod);
101 >                gotmat = raycont(r);
102 >        else if (r->ro == &Aftplane) {
103 >                r->ro = NULL;
104 >                r->rot = FHUGE;
105 >        } else if (sourcehit(r))
106 >                gotmat = rayshade(r, r->ro->omod);
107  
108 +        if (r->ro != NULL && !gotmat)
109 +                objerror(r->ro, USER, "material not found");
110 +
111          if (trace != NULL)
112                  (*trace)(r);            /* trace execution */
113   }
114  
115  
116 + raycont(r)                      /* check for clipped object and continue */
117 + register RAY  *r;
118 + {
119 +        if ((r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod)) ||
120 +                        r->ro->omod == OVOID) {
121 +                raytrans(r);
122 +                return(1);
123 +        }
124 +        return(rayshade(r, r->ro->omod));
125 + }
126 +
127 +
128   raytrans(r)                     /* transmit ray as is */
129 < RAY  *r;
129 > register RAY  *r;
130   {
131          RAY  tr;
132  
# Line 90 | Line 134 | RAY  *r;
134                  VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
135                  rayvalue(&tr);
136                  copycolor(r->rcol, tr.rcol);
137 +                r->rt = r->rot + tr.rt;
138          }
139   }
140  
# Line 99 | Line 144 | register RAY  *r;
144   int  mod;
145   {
146          static int  depth = 0;
147 +        int  gotmat;
148          register OBJREC  *m;
149                                          /* check for infinite loop */
150          if (depth++ >= MAXLOOP)
151 <                objerror(r->ro, USER, "material loop");
152 <        for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
151 >                objerror(r->ro, USER, "possible modifier loop");
152 >        r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
153 >        for (gotmat = 0; !gotmat && mod != OVOID; mod = m->omod) {
154                  m = objptr(mod);
155 +                /****** unnecessary test since modifier() is always called
156                  if (!ismodifier(m->otype)) {
157                          sprintf(errmsg, "illegal modifier \"%s\"", m->oname);
158                          error(USER, errmsg);
159                  }
160 <                (*ofun[m->otype].funp)(m, r);   /* execute function */
161 <                m->lastrno = r->rno;
162 <                if (ismaterial(m->otype)) {     /* materials call raytexture */
163 <                        depth--;
164 <                        return;         /* we're done */
160 >                ******/
161 >                                        /* hack for irradiance calculation */
162 >                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS))) {
163 >                        if (irr_ignore(m->otype)) {
164 >                                depth--;
165 >                                raytrans(r);
166 >                                return(1);
167 >                        }
168 >                        if (!islight(m->otype))
169 >                                m = &Lamb;
170                  }
171 +                                        /* materials call raytexture */
172 +                gotmat = (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
173          }
174 <        objerror(r->ro, USER, "material not found");
174 >        depth--;
175 >        return(gotmat);
176   }
177  
178  
# Line 132 | Line 188 | int  mod;
188                                          /* execute textures and patterns */
189          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
190                  m = objptr(mod);
191 <                if (!istexture(m->otype)) {
191 >                /****** unnecessary test since modifier() is always called
192 >                if (!ismodifier(m->otype)) {
193                          sprintf(errmsg, "illegal modifier \"%s\"", m->oname);
194                          error(USER, errmsg);
195                  }
196 <                (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
197 <                m->lastrno = r->rno;
196 >                ******/
197 >                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r)) {
198 >                        sprintf(errmsg, "conflicting material \"%s\"",
199 >                                        m->oname);
200 >                        objerror(r->ro, USER, errmsg);
201 >                }
202          }
203          depth--;                        /* end here */
204   }
# Line 148 | Line 209 | register RAY  *r;
209   OBJECT  fore, back;
210   double  coef;
211   {
212 <        FVECT  curpert, forepert, backpert;
213 <        COLOR  curpcol, forepcol, backpcol;
212 >        RAY  fr, br;
213 >        int  foremat, backmat;
214          register int  i;
215                                          /* clip coefficient */
216          if (coef > 1.0)
217                  coef = 1.0;
218          else if (coef < 0.0)
219                  coef = 0.0;
220 <                                        /* save current mods */
221 <        VCOPY(curpert, r->pert);
222 <        copycolor(curpcol, r->pcol);
223 <                                        /* compute new mods */
163 <                                                /* foreground */
164 <        r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
165 <        setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
220 >                                        /* compute foreground and background */
221 >        foremat = backmat = -1;
222 >                                        /* foreground */
223 >        copystruct(&fr, r);
224          if (fore != OVOID && coef > FTINY)
225 <                raytexture(r, fore);
226 <        VCOPY(forepert, r->pert);
227 <        copycolor(forepcol, r->pcol);
170 <                                                /* background */
171 <        r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
172 <        setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
225 >                foremat = rayshade(&fr, fore);
226 >                                        /* background */
227 >        copystruct(&br, r);
228          if (back != OVOID && coef < 1.0-FTINY)
229 <                raytexture(r, back);
230 <        VCOPY(backpert, r->pert);
231 <        copycolor(backpcol, r->pcol);
232 <                                        /* sum perturbations */
229 >                backmat = rayshade(&br, back);
230 >                                        /* check */
231 >        if (foremat < 0)
232 >                if (backmat < 0)
233 >                        foremat = backmat = 0;
234 >                else
235 >                        foremat = backmat;
236 >        else if (backmat < 0)
237 >                backmat = foremat;
238 >        if ((foremat==0) != (backmat==0))
239 >                objerror(r->ro, USER, "mixing material with non-material");
240 >                                        /* mix perturbations */
241          for (i = 0; i < 3; i++)
242 <                r->pert[i] = curpert[i] + coef*forepert[i] +
243 <                                (1.0-coef)*backpert[i];
244 <                                        /* multiply colors */
245 <        setcolor(r->pcol, coef*colval(forepcol,RED) +
246 <                                (1.0-coef)*colval(backpcol,RED),
247 <                        coef*colval(forepcol,GRN) +
248 <                                (1.0-coef)*colval(backpcol,GRN),
249 <                        coef*colval(forepcol,BLU) +
250 <                                (1.0-coef)*colval(backpcol,BLU));
251 <        multcolor(r->pcol, curpcol);
242 >                r->pert[i] = coef*fr.pert[i] + (1.0-coef)*br.pert[i];
243 >                                        /* mix pattern colors */
244 >        scalecolor(fr.pcol, coef);
245 >        scalecolor(br.pcol, 1.0-coef);
246 >        copycolor(r->pcol, fr.pcol);
247 >        addcolor(r->pcol, br.pcol);
248 >                                        /* mix returned ray values */
249 >        if (foremat) {
250 >                scalecolor(fr.rcol, coef);
251 >                scalecolor(br.rcol, 1.0-coef);
252 >                copycolor(r->rcol, fr.rcol);
253 >                addcolor(r->rcol, br.rcol);
254 >                r->rt = bright(fr.rcol) > bright(br.rcol) ? fr.rt : br.rt;
255 >        }
256 >                                        /* return value tells if material */
257 >        return(foremat);
258   }
259  
260  
261   double
262 + raydist(r, flags)               /* compute (cumulative) ray distance */
263 + register RAY  *r;
264 + register int  flags;
265 + {
266 +        double  sum = 0.0;
267 +
268 +        while (r != NULL && r->crtype&flags) {
269 +                sum += r->rot;
270 +                r = r->parent;
271 +        }
272 +        return(sum);
273 + }
274 +
275 +
276 + double
277   raynormal(norm, r)              /* compute perturbed normal for ray */
278   FVECT  norm;
279   register RAY  *r;
# Line 203 | Line 287 | register RAY  *r;
287           *  still fraught with problems since reflected rays and similar
288           *  directions calculated from the surface normal may spawn rays behind
289           *  the surface.  The only solution is to curb textures at high
290 <         *  incidence (Rdot << 1).
290 >         *  incidence (namely, keep DOT(rdir,pert) < Rdot).
291           */
292  
293          for (i = 0; i < 3; i++)
# Line 224 | Line 308 | register RAY  *r;
308   }
309  
310  
311 + newrayxf(r)                     /* get new tranformation matrix for ray */
312 + RAY  *r;
313 + {
314 +        static struct xfn {
315 +                struct xfn  *next;
316 +                FULLXF  xf;
317 +        }  xfseed = { &xfseed }, *xflast = &xfseed;
318 +        register struct xfn  *xp;
319 +        register RAY  *rp;
320 +
321 +        /*
322 +         * Search for transform in circular list that
323 +         * has no associated ray in the tree.
324 +         */
325 +        xp = xflast;
326 +        for (rp = r->parent; rp != NULL; rp = rp->parent)
327 +                if (rp->rox == &xp->xf) {               /* xp in use */
328 +                        xp = xp->next;                  /* move to next */
329 +                        if (xp == xflast) {             /* need new one */
330 +                                xp = (struct xfn *)bmalloc(sizeof(struct xfn));
331 +                                if (xp == NULL)
332 +                                        error(SYSTEM,
333 +                                                "out of memory in newrayxf");
334 +                                                        /* insert in list */
335 +                                xp->next = xflast->next;
336 +                                xflast->next = xp;
337 +                                break;                  /* we're done */
338 +                        }
339 +                        rp = r;                 /* start check over */
340 +                }
341 +                                        /* got it */
342 +        r->rox = &xp->xf;
343 +        xflast = xp;
344 + }
345 +
346 +
347   flipsurface(r)                  /* reverse surface orientation */
348   register RAY  *r;
349   {
# Line 241 | Line 361 | localhit(r, scene)             /* check for hit in the octree */
361   register RAY  *r;
362   register CUBE  *scene;
363   {
364 +        OBJECT  cxset[MAXCSET+1];       /* set of checked objects */
365          FVECT  curpos;                  /* current cube position */
366 <        int  mpos, mneg;                /* sign flags */
366 >        int  sflags;                    /* sign flags */
367          double  t, dt;
368          register int  i;
369  
370          nrays++;                        /* increment trace counter */
371 <
251 <        mpos = mneg = 0;
371 >        sflags = 0;
372          for (i = 0; i < 3; i++) {
373                  curpos[i] = r->rorg[i];
374 <                if (r->rdir[i] > FTINY)
375 <                        mpos |= 1 << i;
376 <                else if (r->rdir[i] < -FTINY)
377 <                        mneg |= 1 << i;
374 >                if (r->rdir[i] > 1e-7)
375 >                        sflags |= 1 << i;
376 >                else if (r->rdir[i] < -1e-7)
377 >                        sflags |= 0x10 << i;
378          }
379 +        if (sflags == 0)
380 +                error(CONSISTENCY, "zero ray direction in localhit");
381 +                                        /* start off assuming nothing hit */
382 +        if (r->rmax > FTINY) {          /* except aft plane if one */
383 +                r->ro = &Aftplane;
384 +                r->rot = r->rmax;
385 +                for (i = 0; i < 3; i++)
386 +                        r->rop[i] = r->rorg[i] + r->rot*r->rdir[i];
387 +        }
388 +                                        /* find global cube entrance point */
389          t = 0.0;
390          if (!incube(scene, curpos)) {
391                                          /* find distance to entry */
392                  for (i = 0; i < 3; i++) {
393                                          /* plane in our direction */
394 <                        if (mpos & 1<<i)
394 >                        if (sflags & 1<<i)
395                                  dt = scene->cuorg[i];
396 <                        else if (mneg & 1<<i)
396 >                        else if (sflags & 0x10<<i)
397                                  dt = scene->cuorg[i] + scene->cusize;
398                          else
399                                  continue;
# Line 273 | Line 403 | register CUBE  *scene;
403                                  t = dt; /* farthest face is the one */
404                  }
405                  t += FTINY;             /* fudge to get inside cube */
406 +                if (t >= r->rot)        /* clipped already */
407 +                        return(0);
408                                          /* advance position */
409                  for (i = 0; i < 3; i++)
410                          curpos[i] += r->rdir[i]*t;
# Line 280 | Line 412 | register CUBE  *scene;
412                  if (!incube(scene, curpos))     /* non-intersecting ray */
413                          return(0);
414          }
415 <        return(raymove(curpos, mpos, mneg, r, scene) == RAYHIT);
415 >        cxset[0] = 0;
416 >        raymove(curpos, cxset, sflags, r, scene);
417 >        return(r->ro != NULL & r->ro != &Aftplane);
418   }
419  
420  
421   static int
422 < raymove(pos, plus, minus, r, cu)        /* check for hit as we move */
423 < FVECT  pos;                     /* modified */
424 < int  plus, minus;               /* direction indicators to speed tests */
422 > raymove(pos, cxs, dirf, r, cu)          /* check for hit as we move */
423 > FVECT  pos;                     /* current position, modified herein */
424 > OBJECT  *cxs;                   /* checked objects, modified by checkhit */
425 > int  dirf;                      /* direction indicators to speed tests */
426   register RAY  *r;
427   register CUBE  *cu;
428   {
429          int  ax;
430          double  dt, t;
296 –        register int  sgn;
431  
432          if (istree(cu->cutree)) {               /* recurse on subcubes */
433                  CUBE  cukid;
434 <                register int  br;
434 >                register int  br, sgn;
435  
436                  cukid.cusize = cu->cusize * 0.5;        /* find subcube */
437                  VCOPY(cukid.cuorg, cu->cuorg);
# Line 316 | Line 450 | register CUBE  *cu;
450                  }
451                  for ( ; ; ) {
452                          cukid.cutree = octkid(cu->cutree, br);
453 <                        if ((ax = raymove(pos,plus,minus,r,&cukid)) == RAYHIT)
453 >                        if ((ax = raymove(pos,cxs,dirf,r,&cukid)) == RAYHIT)
454                                  return(RAYHIT);
455                          sgn = 1 << ax;
456 <                        if (sgn & minus)                /* negative axis? */
323 <                                if (sgn & br) {
324 <                                        cukid.cuorg[ax] -= cukid.cusize;
325 <                                        br &= ~sgn;
326 <                                } else
327 <                                        return(ax);     /* underflow */
328 <                        else
456 >                        if (sgn & dirf)                 /* positive axis? */
457                                  if (sgn & br)
458                                          return(ax);     /* overflow */
459                                  else {
460                                          cukid.cuorg[ax] += cukid.cusize;
461                                          br |= sgn;
462                                  }
463 +                        else
464 +                                if (sgn & br) {
465 +                                        cukid.cuorg[ax] -= cukid.cusize;
466 +                                        br &= ~sgn;
467 +                                } else
468 +                                        return(ax);     /* underflow */
469                  }
470                  /*NOTREACHED*/
471          }
472 <        if (isfull(cu->cutree) && checkhit(r, cu))
472 >        if (isfull(cu->cutree)) {
473 >                if (checkhit(r, cu, cxs))
474 >                        return(RAYHIT);
475 >        } else if (r->ro == &Aftplane && incube(cu, r->rop))
476                  return(RAYHIT);
477                                          /* advance to next cube */
478 <        sgn = plus | minus;
479 <        if (sgn&1) {
343 <                dt = plus&1 ? cu->cuorg[0] + cu->cusize : cu->cuorg[0];
478 >        if (dirf&0x11) {
479 >                dt = dirf&1 ? cu->cuorg[0] + cu->cusize : cu->cuorg[0];
480                  t = (dt - pos[0])/r->rdir[0];
481                  ax = 0;
482          } else
483                  t = FHUGE;
484 <        if (sgn&2) {
485 <                dt = plus&2 ? cu->cuorg[1] + cu->cusize : cu->cuorg[1];
484 >        if (dirf&0x22) {
485 >                dt = dirf&2 ? cu->cuorg[1] + cu->cusize : cu->cuorg[1];
486                  dt = (dt - pos[1])/r->rdir[1];
487                  if (dt < t) {
488                          t = dt;
489                          ax = 1;
490                  }
491          }
492 <        if (sgn&4) {
493 <                dt = plus&4 ? cu->cuorg[2] + cu->cusize : cu->cuorg[2];
492 >        if (dirf&0x44) {
493 >                dt = dirf&4 ? cu->cuorg[2] + cu->cusize : cu->cuorg[2];
494                  dt = (dt - pos[2])/r->rdir[2];
495                  if (dt < t) {
496                          t = dt;
# Line 369 | Line 505 | register CUBE  *cu;
505  
506  
507   static
508 < checkhit(r, cu)                 /* check for hit in full cube */
508 > checkhit(r, cu, cxs)            /* check for hit in full cube */
509   register RAY  *r;
510   CUBE  *cu;
511 + OBJECT  *cxs;
512   {
513          OBJECT  oset[MAXSET+1];
514          register OBJREC  *o;
515          register int  i;
516  
517          objset(oset, cu->cutree);
518 +        checkset(oset, cxs);                    /* eliminate double-checking */
519          for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
520                  o = objptr(oset[i]);
383 –                if (o->lastrno == r->rno)               /* checked already? */
384 –                        continue;
521                  (*ofun[o->otype].funp)(o, r);
386 –                o->lastrno = r->rno;
522          }
523          if (r->ro == NULL)
524                  return(0);                      /* no scores yet */
525  
526          return(incube(cu, r->rop));             /* hit OK if in current cube */
527 + }
528 +
529 +
530 + static
531 + checkset(os, cs)                /* modify checked set and set to check */
532 + register OBJECT  *os;                   /* os' = os - cs */
533 + register OBJECT  *cs;                   /* cs' = cs + os */
534 + {
535 +        OBJECT  cset[MAXCSET+MAXSET+1];
536 +        register int  i, j;
537 +        int  k;
538 +                                        /* copy os in place, cset <- cs */
539 +        cset[0] = 0;
540 +        k = 0;
541 +        for (i = j = 1; i <= os[0]; i++) {
542 +                while (j <= cs[0] && cs[j] < os[i])
543 +                        cset[++cset[0]] = cs[j++];
544 +                if (j > cs[0] || os[i] != cs[j]) {      /* object to check */
545 +                        os[++k] = os[i];
546 +                        cset[++cset[0]] = os[i];
547 +                }
548 +        }
549 +        if (!(os[0] = k))               /* new "to check" set size */
550 +                return;                 /* special case */
551 +        while (j <= cs[0])              /* get the rest of cs */
552 +                cset[++cset[0]] = cs[j++];
553 +        if (cset[0] > MAXCSET)          /* truncate "checked" set if nec. */
554 +                cset[0] = MAXCSET;
555 +        /* setcopy(cs, cset); */        /* copy cset back to cs */
556 +        os = cset;
557 +        for (i = os[0]; i-- >= 0; )
558 +                *cs++ = *os++;
559   }

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