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

Comparing ray/src/rt/raytrace.c (file contents):
Revision 2.23 by greg, Fri Dec 8 18:49:09 1995 UTC vs.
Revision 2.48 by greg, Fri Apr 15 04:44:51 2005 UTC

# Line 1 | Line 1
1 – /* Copyright (c) 1995 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 double  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 >        register RAY  *r,
40 >        register RAY  *ro,
41 >        int  rt,
42 >        double  rw
43 > )
44   {
45 +        double  re;
46 +
47          if ((r->parent = ro) == NULL) {         /* primary ray */
48                  r->rlvl = 0;
49                  r->rweight = rw;
50                  r->crtype = r->rtype = rt;
51                  r->rsrc = -1;
52                  r->clipset = NULL;
63 –                r->revf = raytrace;
53                  copycolor(r->cext, cextinction);
54 <                r->albedo = salbedo;
54 >                copycolor(r->albedo, salbedo);
55                  r->gecc = seccg;
56                  r->slights = NULL;
57 +        } else if (ro->rot >= FHUGE) {          /* illegal continuation */
58 +                memset(r, 0, sizeof(RAY));
59 +                return(-1);
60          } else {                                /* spawned ray */
61                  r->rlvl = ro->rlvl;
62                  if (rt & RAYREFL) {
# Line 77 | Line 69 | double  rw;
69                          r->clipset = ro->newcset;
70                          r->rmax = ro->rmax <= FTINY ? 0.0 : ro->rmax - ro->rot;
71                  }
80 –                r->revf = ro->revf;
72                  copycolor(r->cext, ro->cext);
73 <                r->albedo = ro->albedo;
73 >                copycolor(r->albedo, ro->albedo);
74                  r->gecc = ro->gecc;
75                  r->slights = ro->slights;
85 –                r->rweight = ro->rweight * rw;
76                  r->crtype = ro->crtype | (r->rtype = rt);
77                  VCOPY(r->rorg, ro->rop);
78 +                r->rweight = ro->rweight * rw;
79 +                                                /* estimate absorption */
80 +                re = colval(ro->cext,RED) < colval(ro->cext,GRN) ?
81 +                                colval(ro->cext,RED) : colval(ro->cext,GRN);
82 +                if (colval(ro->cext,BLU) < re) re = colval(ro->cext,BLU);
83 +                if (re > 0.)
84 +                        r->rweight *= exp(-re*ro->rot);
85          }
86          rayclear(r);
87          return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
88   }
89  
90  
91 < rayclear(r)                     /* clear a ray for (re)evaluation */
92 < register RAY  *r;
91 > extern void
92 > rayclear(                       /* clear a ray for (re)evaluation */
93 >        register RAY  *r
94 > )
95   {
96          r->rno = raynum++;
97          r->newcset = r->clipset;
98 +        r->hitf = rayhit;
99 +        r->robj = OVOID;
100          r->ro = NULL;
101 <        r->rot = FHUGE;
101 >        r->rox = NULL;
102 >        r->rt = r->rot = FHUGE;
103          r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
104 +        r->uv[0] = r->uv[1] = 0.0;
105          setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
106          setcolor(r->rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
104 –        r->rt = 0.0;
107   }
108  
109  
110 < raytrace(r)                     /* trace a ray and compute its value */
111 < RAY  *r;
110 > extern void
111 > rayvalue(                       /* trace a ray and compute its value */
112 >        RAY  *r
113 > )
114   {
111 –        extern int  (*trace)();
112 –        int  gotmat;
113 –
115          if (localhit(r, &thescene))
116 <                gotmat = raycont(r);    /* hit local surface, evaluate */
116 >                raycont(r);             /* hit local surface, evaluate */
117          else if (r->ro == &Aftplane) {
118                  r->ro = NULL;           /* hit aft clipping plane */
119                  r->rot = FHUGE;
120          } else if (sourcehit(r))
121 <                gotmat = rayshade(r, r->ro->omod);      /* distant source */
121 >                rayshade(r, r->ro->omod);       /* distant source */
122  
122 –        if (r->ro != NULL && !gotmat)
123 –                objerror(r->ro, USER, "material not found");
124 –
123          rayparticipate(r);              /* for participating medium */
124  
125          if (trace != NULL)
# Line 129 | Line 127 | RAY  *r;
127   }
128  
129  
130 < raycont(r)                      /* check for clipped object and continue */
131 < register RAY  *r;
130 > extern void
131 > raycont(                        /* check for clipped object and continue */
132 >        register RAY  *r
133 > )
134   {
135          if ((r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod)) ||
136 <                        r->ro->omod == OVOID) {
136 >                        !rayshade(r, r->ro->omod))
137                  raytrans(r);
138 –                return(1);
139 –        }
140 –        return(rayshade(r, r->ro->omod));
138   }
139  
140  
141 < raytrans(r)                     /* transmit ray as is */
142 < register RAY  *r;
141 > extern void
142 > raytrans(                       /* transmit ray as is */
143 >        register RAY  *r
144 > )
145   {
146          RAY  tr;
147  
# Line 155 | Line 154 | register RAY  *r;
154   }
155  
156  
157 < rayshade(r, mod)                /* shade ray r with material mod */
158 < register RAY  *r;
159 < int  mod;
157 > extern int
158 > rayshade(               /* shade ray r with material mod */
159 >        register RAY  *r,
160 >        int  mod
161 > )
162   {
162 –        static int  depth = 0;
163 –        int  gotmat;
163          register OBJREC  *m;
164 <                                        /* check for infinite loop */
166 <        if (depth++ >= MAXLOOP)
167 <                objerror(r->ro, USER, "possible modifier loop");
164 >
165          r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
166 <        for (gotmat = 0; !gotmat && mod != OVOID; mod = m->omod) {
166 >        for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
167                  m = objptr(mod);
168                  /****** unnecessary test since modifier() is always called
169                  if (!ismodifier(m->otype)) {
# Line 175 | Line 172 | int  mod;
172                  }
173                  ******/
174                                          /* hack for irradiance calculation */
175 <                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS))) {
175 >                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS)) &&
176 >                                m->otype != MAT_CLIP &&
177 >                                (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X))) {
178                          if (irr_ignore(m->otype)) {
180 –                                depth--;
179                                  raytrans(r);
180                                  return(1);
181                          }
182                          if (!islight(m->otype))
183                                  m = &Lamb;
184                  }
185 <                                        /* materials call raytexture */
186 <                gotmat = (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
185 >                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r))
186 >                        return(1);      /* materials call raytexture() */
187          }
188 <        depth--;
191 <        return(gotmat);
188 >        return(0);                      /* no material! */
189   }
190  
191  
192 < rayparticipate(r)                       /* compute ray medium participation */
193 < register RAY  *r;
192 > extern void
193 > rayparticipate(                 /* compute ray medium participation */
194 >        register RAY  *r
195 > )
196   {
197          COLOR   ce, ca;
199 –        double  dist;
198          double  re, ge, be;
199  
200          if (intens(r->cext) <= 1./FHUGE)
201                  return;                         /* no medium */
202 <        if ((dist = r->rot) >= FHUGE)
203 <                dist = 2.*thescene.cusize;      /* what to use for infinity? */
204 <        if (r->crtype & SHADOW)
205 <                dist *= 1. - salbedo;           /* no scattering for sources */
206 <        if (dist <= FTINY)
207 <                return;                         /* no effective ray travel */
208 <        re = dist*colval(r->cext,RED);
209 <        ge = dist*colval(r->cext,GRN);
210 <        be = dist*colval(r->cext,BLU);
211 <        setcolor(ce,    re>92. ? 0. : exp(-re),
212 <                        ge>92. ? 0. : exp(-ge),
215 <                        be>92. ? 0. : exp(-be));
202 >        re = r->rot*colval(r->cext,RED);
203 >        ge = r->rot*colval(r->cext,GRN);
204 >        be = r->rot*colval(r->cext,BLU);
205 >        if (r->crtype & SHADOW) {               /* no scattering for sources */
206 >                re *= 1. - colval(r->albedo,RED);
207 >                ge *= 1. - colval(r->albedo,GRN);
208 >                be *= 1. - colval(r->albedo,BLU);
209 >        }
210 >        setcolor(ce,    re<=0. ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
211 >                        ge<=0. ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
212 >                        be<=0. ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
213          multcolor(r->rcol, ce);                 /* path absorption */
214 <        if (r->albedo <= FTINY || r->crtype & SHADOW)
214 >        if (r->crtype & SHADOW || intens(r->albedo) <= FTINY)
215                  return;                         /* no scattering */
216 <        setcolor(ca,    salbedo*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
217 <                        salbedo*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
218 <                        salbedo*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
216 >        setcolor(ca,
217 >                colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
218 >                colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
219 >                colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
220          addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
221          srcscatter(r);                          /* source in scattering */
222   }
223  
224  
225 < raytexture(r, mod)                      /* get material modifiers */
226 < RAY  *r;
227 < int  mod;
225 > extern void
226 > raytexture(                     /* get material modifiers */
227 >        RAY  *r,
228 >        OBJECT  mod
229 > )
230   {
231 –        static int  depth = 0;
231          register OBJREC  *m;
233 –                                        /* check for infinite loop */
234 –        if (depth++ >= MAXLOOP)
235 –                objerror(r->ro, USER, "modifier loop");
232                                          /* execute textures and patterns */
233          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
234                  m = objptr(mod);
# Line 248 | Line 244 | int  mod;
244                          objerror(r->ro, USER, errmsg);
245                  }
246          }
251 –        depth--;                        /* end here */
247   }
248  
249  
250 < raymixture(r, fore, back, coef)         /* mix modifiers */
251 < register RAY  *r;
252 < OBJECT  fore, back;
253 < double  coef;
250 > extern int
251 > raymixture(             /* mix modifiers */
252 >        register RAY  *r,
253 >        OBJECT  fore,
254 >        OBJECT  back,
255 >        double  coef
256 > )
257   {
258          RAY  fr, br;
259          int  foremat, backmat;
260          register int  i;
261 <                                        /* clip coefficient */
261 >                                        /* bound coefficient */
262          if (coef > 1.0)
263                  coef = 1.0;
264          else if (coef < 0.0)
265                  coef = 0.0;
266                                          /* compute foreground and background */
267 <        foremat = backmat = -1;
267 >        foremat = backmat = 0;
268                                          /* foreground */
269 <        copystruct(&fr, r);
270 <        if (fore != OVOID && coef > FTINY)
269 >        fr = *r;
270 >        if (coef > FTINY)
271                  foremat = rayshade(&fr, fore);
272                                          /* background */
273 <        copystruct(&br, r);
274 <        if (back != OVOID && coef < 1.0-FTINY)
273 >        br = *r;
274 >        if (coef < 1.0-FTINY)
275                  backmat = rayshade(&br, back);
276 <                                        /* check */
277 <        if (foremat < 0)
278 <                if (backmat < 0)
279 <                        foremat = backmat = 0;
280 <                else
281 <                        foremat = backmat;
282 <        else if (backmat < 0)
285 <                backmat = foremat;
286 <        if ((foremat==0) != (backmat==0))
287 <                objerror(r->ro, USER, "mixing material with non-material");
276 >                                        /* check for transparency */
277 >        if (backmat ^ foremat) {
278 >                if (backmat && coef > FTINY)
279 >                        raytrans(&fr);
280 >                else if (foremat && coef < 1.0-FTINY)
281 >                        raytrans(&br);
282 >        }
283                                          /* mix perturbations */
284          for (i = 0; i < 3; i++)
285                  r->pert[i] = coef*fr.pert[i] + (1.0-coef)*br.pert[i];
# Line 293 | Line 288 | double  coef;
288          scalecolor(br.pcol, 1.0-coef);
289          copycolor(r->pcol, fr.pcol);
290          addcolor(r->pcol, br.pcol);
296 –                                        /* mix returned ray values */
297 –        if (foremat) {
298 –                scalecolor(fr.rcol, coef);
299 –                scalecolor(br.rcol, 1.0-coef);
300 –                copycolor(r->rcol, fr.rcol);
301 –                addcolor(r->rcol, br.rcol);
302 –                r->rt = bright(fr.rcol) > bright(br.rcol) ? fr.rt : br.rt;
303 –        }
291                                          /* return value tells if material */
292 <        return(foremat);
292 >        if (!foremat & !backmat)
293 >                return(0);
294 >                                        /* mix returned ray values */
295 >        scalecolor(fr.rcol, coef);
296 >        scalecolor(br.rcol, 1.0-coef);
297 >        copycolor(r->rcol, fr.rcol);
298 >        addcolor(r->rcol, br.rcol);
299 >        r->rt = bright(fr.rcol) > bright(br.rcol) ? fr.rt : br.rt;
300 >        return(1);
301   }
302  
303  
304 < double
305 < raydist(r, flags)               /* compute (cumulative) ray distance */
306 < register RAY  *r;
307 < register int  flags;
304 > extern double
305 > raydist(                /* compute (cumulative) ray distance */
306 >        register RAY  *r,
307 >        register int  flags
308 > )
309   {
310          double  sum = 0.0;
311  
# Line 321 | Line 317 | register int  flags;
317   }
318  
319  
320 < double
321 < raynormal(norm, r)              /* compute perturbed normal for ray */
322 < FVECT  norm;
323 < register RAY  *r;
320 > extern double
321 > raynormal(              /* compute perturbed normal for ray */
322 >        FVECT  norm,
323 >        register RAY  *r
324 > )
325   {
326          double  newdot;
327          register int  i;
# Line 356 | Line 353 | register RAY  *r;
353   }
354  
355  
356 < newrayxf(r)                     /* get new tranformation matrix for ray */
357 < RAY  *r;
356 > extern void
357 > newrayxf(                       /* get new tranformation matrix for ray */
358 >        RAY  *r
359 > )
360   {
361          static struct xfn {
362                  struct xfn  *next;
# Line 375 | Line 374 | RAY  *r;
374                  if (rp->rox == &xp->xf) {               /* xp in use */
375                          xp = xp->next;                  /* move to next */
376                          if (xp == xflast) {             /* need new one */
377 <                                xp = (struct xfn *)bmalloc(sizeof(struct xfn));
377 >                                xp = (struct xfn *)malloc(sizeof(struct xfn));
378                                  if (xp == NULL)
379                                          error(SYSTEM,
380                                                  "out of memory in newrayxf");
# Line 392 | Line 391 | RAY  *r;
391   }
392  
393  
394 < flipsurface(r)                  /* reverse surface orientation */
395 < register RAY  *r;
394 > extern void
395 > flipsurface(                    /* reverse surface orientation */
396 >        register RAY  *r
397 > )
398   {
399          r->rod = -r->rod;
400          r->ron[0] = -r->ron[0];
# Line 405 | Line 406 | register RAY  *r;
406   }
407  
408  
409 < localhit(r, scene)              /* check for hit in the octree */
410 < register RAY  *r;
411 < register CUBE  *scene;
409 > extern void
410 > rayhit(                 /* standard ray hit test */
411 >        OBJECT  *oset,
412 >        RAY  *r
413 > )
414   {
415 +        OBJREC  *o;
416 +        int     i;
417 +
418 +        for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
419 +                o = objptr(oset[i]);
420 +                if ((*ofun[o->otype].funp)(o, r))
421 +                        r->robj = oset[i];
422 +        }
423 + }
424 +
425 +
426 + extern int
427 + localhit(               /* check for hit in the octree */
428 +        register RAY  *r,
429 +        register CUBE  *scene
430 + )
431 + {
432          OBJECT  cxset[MAXCSET+1];       /* set of checked objects */
433          FVECT  curpos;                  /* current cube position */
434          int  sflags;                    /* sign flags */
# Line 462 | Line 482 | register CUBE  *scene;
482          }
483          cxset[0] = 0;
484          raymove(curpos, cxset, sflags, r, scene);
485 <        return(r->ro != NULL & r->ro != &Aftplane);
485 >        return((r->ro != NULL) & (r->ro != &Aftplane));
486   }
487  
488  
489   static int
490 < raymove(pos, cxs, dirf, r, cu)          /* check for hit as we move */
491 < FVECT  pos;                     /* current position, modified herein */
492 < OBJECT  *cxs;                   /* checked objects, modified by checkhit */
493 < int  dirf;                      /* direction indicators to speed tests */
494 < register RAY  *r;
495 < register CUBE  *cu;
490 > raymove(                /* check for hit as we move */
491 >        FVECT  pos,                     /* current position, modified herein */
492 >        OBJECT  *cxs,                   /* checked objects, modified by checkhit */
493 >        int  dirf,                      /* direction indicators to speed tests */
494 >        register RAY  *r,
495 >        register CUBE  *cu
496 > )
497   {
498          int  ax;
499          double  dt, t;
# Line 552 | Line 573 | register CUBE  *cu;
573   }
574  
575  
576 < static
577 < checkhit(r, cu, cxs)            /* check for hit in full cube */
578 < register RAY  *r;
579 < CUBE  *cu;
580 < OBJECT  *cxs;
576 > static int
577 > checkhit(               /* check for hit in full cube */
578 >        register RAY  *r,
579 >        CUBE  *cu,
580 >        OBJECT  *cxs
581 > )
582   {
583          OBJECT  oset[MAXSET+1];
562 –        register OBJREC  *o;
563 –        register int  i;
584  
585          objset(oset, cu->cutree);
586 <        checkset(oset, cxs);                    /* eliminate double-checking */
587 <        for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
588 <                o = objptr(oset[i]);
589 <                (*ofun[o->otype].funp)(o, r);
590 <        }
571 <        if (r->ro == NULL)
586 >        checkset(oset, cxs);                    /* avoid double-checking */
587 >
588 >        (*r->hitf)(oset, r);                    /* test for hit in set */
589 >
590 >        if (r->robj == OVOID)
591                  return(0);                      /* no scores yet */
592  
593          return(incube(cu, r->rop));             /* hit OK if in current cube */
594   }
595  
596  
597 < static
598 < checkset(os, cs)                /* modify checked set and set to check */
599 < register OBJECT  *os;                   /* os' = os - cs */
600 < register OBJECT  *cs;                   /* cs' = cs + os */
597 > static void
598 > checkset(               /* modify checked set and set to check */
599 >        register OBJECT  *os,                   /* os' = os - cs */
600 >        register OBJECT  *cs                    /* cs' = cs + os */
601 > )
602   {
603          OBJECT  cset[MAXCSET+MAXSET+1];
604          register int  i, j;

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