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root/radiance/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 2.53 by greg, Thu Jun 23 09:11:38 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 + #include  "random.h"
17  
18   #define  MAXCSET        ((MAXSET+1)*2-1)        /* maximum check set size */
19  
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 –
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};
23 > static RREAL  Lambfa[5] = {PI, PI, PI, 0.0, 0.0};
24   OBJREC  Lamb = {
25          OVOID, MAT_PLASTIC, "Lambertian",
26          {0, 5, NULL, Lambfa}, NULL,
# Line 42 | Line 28 | OBJREC  Lamb = {
28  
29   OBJREC  Aftplane;                       /* aft clipping plane object */
30  
45 – static int  raymove(), checkset(), checkhit();
46 –
47 – #define  MAXLOOP        128             /* modifier loop detection */
48 –
31   #define  RAYHIT         (-1)            /* return value for intercepted ray */
32  
33 + static int raymove(FVECT  pos, OBJECT  *cxs, int  dirf, RAY  *r, CUBE  *cu);
34 + static int checkhit(RAY  *r, CUBE  *cu, OBJECT  *cxs);
35 + static void checkset(OBJECT  *os, OBJECT  *cs);
36  
37 < rayorigin(r, ro, rt, rw)                /* start new ray from old one */
38 < register RAY  *r, *ro;
39 < int  rt;
40 < double  rw;
37 >
38 > extern int
39 > rayorigin(              /* start new ray from old one */
40 >        RAY  *r,
41 >        int  rt,
42 >        const RAY  *ro,
43 >        const COLOR rc
44 > )
45   {
46 +        double  rw, re;
47 +                                                /* assign coefficient/weight */
48 +        if (rc == NULL) {
49 +                rw = 1.0;
50 +                setcolor(r->rcoef, 1., 1., 1.);
51 +        } else {
52 +                rw = intens(rc);
53 +                if (rc != r->rcoef)
54 +                        copycolor(r->rcoef, rc);
55 +        }
56          if ((r->parent = ro) == NULL) {         /* primary ray */
57                  r->rlvl = 0;
58                  r->rweight = rw;
# Line 66 | Line 65 | double  rw;
65                  r->gecc = seccg;
66                  r->slights = NULL;
67          } else {                                /* spawned ray */
68 +                if (ro->rot >= FHUGE) {
69 +                        memset(r, 0, sizeof(RAY));
70 +                        return(-1);             /* illegal continuation */
71 +                }
72                  r->rlvl = ro->rlvl;
73                  if (rt & RAYREFL) {
74                          r->rlvl++;
# Line 82 | Line 85 | double  rw;
85                  copycolor(r->albedo, ro->albedo);
86                  r->gecc = ro->gecc;
87                  r->slights = ro->slights;
85 –                r->rweight = ro->rweight * rw;
88                  r->crtype = ro->crtype | (r->rtype = rt);
89                  VCOPY(r->rorg, ro->rop);
90 +                r->rweight = ro->rweight * rw;
91 +                                                /* estimate extinction */
92 +                re = colval(ro->cext,RED) < colval(ro->cext,GRN) ?
93 +                                colval(ro->cext,RED) : colval(ro->cext,GRN);
94 +                if (colval(ro->cext,BLU) < re) re = colval(ro->cext,BLU);
95 +                re *= ro->rot;
96 +                if (re > 0.1)
97 +                        if (re > 92.)
98 +                                r->rweight = 0.0;
99 +                        else
100 +                                r->rweight *= exp(-re);
101          }
102          rayclear(r);
103 +        if (r->rweight <= 0.0)                  /* check for expiration */
104 +                return(-1);
105 +        if (r->crtype & SHADOW)                 /* shadow commitment */
106 +                return(0);
107 +        if (maxdepth <= 0 && rc != NULL) {      /* Russian roulette */
108 +                if (minweight <= 0.0)
109 +                        error(USER, "zero ray weight in Russian roulette");
110 +                if (maxdepth < 0 && r->rlvl > -maxdepth)
111 +                        return(-1);             /* upper reflection limit */
112 +                if (r->rweight >= minweight)
113 +                        return(0);
114 +                if (frandom() < r->rweight/minweight)
115 +                        return(-1);
116 +                rw = minweight/r->rweight;      /* promote survivor */
117 +                scalecolor(r->rcoef, rw);
118 +                r->rweight = minweight;
119 +                return(0);
120 +        }
121          return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
122   }
123  
124  
125 < rayclear(r)                     /* clear a ray for (re)evaluation */
126 < register RAY  *r;
125 > extern void
126 > rayclear(                       /* clear a ray for (re)evaluation */
127 >        register RAY  *r
128 > )
129   {
130          r->rno = raynum++;
131          r->newcset = r->clipset;
132 +        r->hitf = rayhit;
133          r->robj = OVOID;
134          r->ro = NULL;
135 +        r->rox = NULL;
136          r->rt = r->rot = FHUGE;
137          r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
138 +        r->uv[0] = r->uv[1] = 0.0;
139          setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
140          setcolor(r->rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
141   }
142  
143  
144 < raytrace(r)                     /* trace a ray and compute its value */
145 < RAY  *r;
144 > extern void
145 > raytrace(                       /* trace a ray and compute its value */
146 >        RAY  *r
147 > )
148   {
111 –        extern int  (*trace)();
112 –
149          if (localhit(r, &thescene))
150                  raycont(r);             /* hit local surface, evaluate */
151          else if (r->ro == &Aftplane) {
# Line 118 | Line 154 | RAY  *r;
154          } else if (sourcehit(r))
155                  rayshade(r, r->ro->omod);       /* distant source */
156  
121 –        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
122 –
157          if (trace != NULL)
158                  (*trace)(r);            /* trace execution */
159 +
160 +        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
161   }
162  
163  
164 < raycont(r)                      /* check for clipped object and continue */
165 < register RAY  *r;
164 > extern void
165 > raycont(                        /* check for clipped object and continue */
166 >        register RAY  *r
167 > )
168   {
169          if ((r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod)) ||
170                          !rayshade(r, r->ro->omod))
# Line 134 | Line 172 | register RAY  *r;
172   }
173  
174  
175 < raytrans(r)                     /* transmit ray as is */
176 < register RAY  *r;
175 > extern void
176 > raytrans(                       /* transmit ray as is */
177 >        register RAY  *r
178 > )
179   {
180          RAY  tr;
181  
182 <        if (rayorigin(&tr, r, TRANS, 1.0) == 0) {
182 >        if (rayorigin(&tr, TRANS, r, NULL) == 0) {
183                  VCOPY(tr.rdir, r->rdir);
184                  rayvalue(&tr);
185                  copycolor(r->rcol, tr.rcol);
# Line 148 | Line 188 | register RAY  *r;
188   }
189  
190  
191 < rayshade(r, mod)                /* shade ray r with material mod */
192 < register RAY  *r;
193 < int  mod;
191 > extern int
192 > rayshade(               /* shade ray r with material mod */
193 >        register RAY  *r,
194 >        int  mod
195 > )
196   {
155 –        static int  depth = 0;
156 –        int  gotmat;
197          register OBJREC  *m;
198 <                                        /* check for infinite loop */
159 <        if (depth++ >= MAXLOOP)
160 <                objerror(r->ro, USER, "possible modifier loop");
198 >
199          r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
200 <        for (gotmat = 0; !gotmat && mod != OVOID; mod = m->omod) {
200 >        for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
201                  m = objptr(mod);
202                  /****** unnecessary test since modifier() is always called
203                  if (!ismodifier(m->otype)) {
# Line 168 | Line 206 | int  mod;
206                  }
207                  ******/
208                                          /* hack for irradiance calculation */
209 <                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS))) {
209 >                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS)) &&
210 >                                m->otype != MAT_CLIP &&
211 >                                (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X))) {
212                          if (irr_ignore(m->otype)) {
173 –                                depth--;
213                                  raytrans(r);
214                                  return(1);
215                          }
216                          if (!islight(m->otype))
217                                  m = &Lamb;
218                  }
219 <                                        /* materials call raytexture */
220 <                gotmat = (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
219 >                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r))
220 >                        return(1);      /* materials call raytexture() */
221          }
222 <        depth--;
184 <        return(gotmat);
222 >        return(0);                      /* no material! */
223   }
224  
225  
226 < rayparticipate(r)                       /* compute ray medium participation */
227 < register RAY  *r;
226 > extern void
227 > rayparticipate(                 /* compute ray medium participation */
228 >        register RAY  *r
229 > )
230   {
231          COLOR   ce, ca;
232          double  re, ge, be;
# Line 201 | Line 241 | register RAY  *r;
241                  ge *= 1. - colval(r->albedo,GRN);
242                  be *= 1. - colval(r->albedo,BLU);
243          }
244 <        setcolor(ce,    re<=0. ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
245 <                        ge<=0. ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
246 <                        be<=0. ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
247 <        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path absorption */
244 >        setcolor(ce,    re<=FTINY ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
245 >                        ge<=FTINY ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
246 >                        be<=FTINY ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
247 >        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path extinction */
248          if (r->crtype & SHADOW || intens(r->albedo) <= FTINY)
249                  return;                         /* no scattering */
250          setcolor(ca,
# Line 216 | Line 256 | register RAY  *r;
256   }
257  
258  
259 < raytexture(r, mod)                      /* get material modifiers */
260 < RAY  *r;
261 < int  mod;
259 > extern void
260 > raytexture(                     /* get material modifiers */
261 >        RAY  *r,
262 >        OBJECT  mod
263 > )
264   {
223 –        static int  depth = 0;
265          register OBJREC  *m;
225 –                                        /* check for infinite loop */
226 –        if (depth++ >= MAXLOOP)
227 –                objerror(r->ro, USER, "modifier loop");
266                                          /* execute textures and patterns */
267          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
268                  m = objptr(mod);
# Line 240 | Line 278 | int  mod;
278                          objerror(r->ro, USER, errmsg);
279                  }
280          }
243 –        depth--;                        /* end here */
281   }
282  
283  
284 < raymixture(r, fore, back, coef)         /* mix modifiers */
285 < register RAY  *r;
286 < OBJECT  fore, back;
287 < double  coef;
284 > extern int
285 > raymixture(             /* mix modifiers */
286 >        register RAY  *r,
287 >        OBJECT  fore,
288 >        OBJECT  back,
289 >        double  coef
290 > )
291   {
292          RAY  fr, br;
293          int  foremat, backmat;
# Line 260 | Line 300 | double  coef;
300                                          /* compute foreground and background */
301          foremat = backmat = 0;
302                                          /* foreground */
303 <        copystruct(&fr, r);
303 >        fr = *r;
304          if (coef > FTINY)
305                  foremat = rayshade(&fr, fore);
306                                          /* background */
307 <        copystruct(&br, r);
307 >        br = *r;
308          if (coef < 1.0-FTINY)
309                  backmat = rayshade(&br, back);
310                                          /* check for transparency */
311 <        if (backmat ^ foremat)
312 <                if (backmat)
311 >        if (backmat ^ foremat) {
312 >                if (backmat && coef > FTINY)
313                          raytrans(&fr);
314 <                else
314 >                else if (foremat && coef < 1.0-FTINY)
315                          raytrans(&br);
316 +        }
317                                          /* mix perturbations */
318          for (i = 0; i < 3; i++)
319                  r->pert[i] = coef*fr.pert[i] + (1.0-coef)*br.pert[i];
# Line 294 | Line 335 | double  coef;
335   }
336  
337  
338 < double
339 < raydist(r, flags)               /* compute (cumulative) ray distance */
340 < register RAY  *r;
341 < register int  flags;
338 > extern double
339 > raydist(                /* compute (cumulative) ray distance */
340 >        register const RAY  *r,
341 >        register int  flags
342 > )
343   {
344          double  sum = 0.0;
345  
# Line 309 | Line 351 | register int  flags;
351   }
352  
353  
354 < double
355 < raynormal(norm, r)              /* compute perturbed normal for ray */
356 < FVECT  norm;
357 < register RAY  *r;
354 > extern void
355 > raycontrib(             /* compute (cumulative) ray contribution */
356 >        double  rc[3],
357 >        const RAY  *r,
358 >        int  flags
359 > )
360   {
361 +        double  eext[3];
362 +        int     i;
363 +
364 +        eext[0] = eext[1] = eext[2] = 0.;
365 +        rc[0] = rc[1] = rc[2] = 1.;
366 +
367 +        while (r != NULL && r->crtype&flags) {
368 +                for (i = 3; i--; ) {
369 +                        rc[i] *= colval(r->rcoef,i);
370 +                        eext[i] += r->rot * colval(r->cext,i);
371 +                }
372 +                r = r->parent;
373 +        }
374 +        for (i = 3; i--; )
375 +                rc[i] *= (eext[i] <= FTINY) ? 1. :
376 +                                (eext[i] > 92.) ? 0. : exp(-eext[i]);
377 + }
378 +
379 +
380 + extern double
381 + raynormal(              /* compute perturbed normal for ray */
382 +        FVECT  norm,
383 +        register RAY  *r
384 + )
385 + {
386          double  newdot;
387          register int  i;
388  
# Line 344 | Line 413 | register RAY  *r;
413   }
414  
415  
416 < newrayxf(r)                     /* get new tranformation matrix for ray */
417 < RAY  *r;
416 > extern void
417 > newrayxf(                       /* get new tranformation matrix for ray */
418 >        RAY  *r
419 > )
420   {
421          static struct xfn {
422                  struct xfn  *next;
423                  FULLXF  xf;
424          }  xfseed = { &xfseed }, *xflast = &xfseed;
425          register struct xfn  *xp;
426 <        register RAY  *rp;
426 >        register const RAY  *rp;
427  
428          /*
429           * Search for transform in circular list that
# Line 363 | Line 434 | RAY  *r;
434                  if (rp->rox == &xp->xf) {               /* xp in use */
435                          xp = xp->next;                  /* move to next */
436                          if (xp == xflast) {             /* need new one */
437 <                                xp = (struct xfn *)bmalloc(sizeof(struct xfn));
437 >                                xp = (struct xfn *)malloc(sizeof(struct xfn));
438                                  if (xp == NULL)
439                                          error(SYSTEM,
440                                                  "out of memory in newrayxf");
# Line 380 | Line 451 | RAY  *r;
451   }
452  
453  
454 < flipsurface(r)                  /* reverse surface orientation */
455 < register RAY  *r;
454 > extern void
455 > flipsurface(                    /* reverse surface orientation */
456 >        register RAY  *r
457 > )
458   {
459          r->rod = -r->rod;
460          r->ron[0] = -r->ron[0];
# Line 393 | Line 466 | register RAY  *r;
466   }
467  
468  
469 < localhit(r, scene)              /* check for hit in the octree */
470 < register RAY  *r;
471 < register CUBE  *scene;
469 > extern void
470 > rayhit(                 /* standard ray hit test */
471 >        OBJECT  *oset,
472 >        RAY  *r
473 > )
474   {
475 +        OBJREC  *o;
476 +        int     i;
477 +
478 +        for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
479 +                o = objptr(oset[i]);
480 +                if ((*ofun[o->otype].funp)(o, r))
481 +                        r->robj = oset[i];
482 +        }
483 + }
484 +
485 +
486 + extern int
487 + localhit(               /* check for hit in the octree */
488 +        register RAY  *r,
489 +        register CUBE  *scene
490 + )
491 + {
492          OBJECT  cxset[MAXCSET+1];       /* set of checked objects */
493          FVECT  curpos;                  /* current cube position */
494          int  sflags;                    /* sign flags */
# Line 450 | Line 542 | register CUBE  *scene;
542          }
543          cxset[0] = 0;
544          raymove(curpos, cxset, sflags, r, scene);
545 <        return(r->ro != NULL & r->ro != &Aftplane);
545 >        return((r->ro != NULL) & (r->ro != &Aftplane));
546   }
547  
548  
549   static int
550 < raymove(pos, cxs, dirf, r, cu)          /* check for hit as we move */
551 < FVECT  pos;                     /* current position, modified herein */
552 < OBJECT  *cxs;                   /* checked objects, modified by checkhit */
553 < int  dirf;                      /* direction indicators to speed tests */
554 < register RAY  *r;
555 < register CUBE  *cu;
550 > raymove(                /* check for hit as we move */
551 >        FVECT  pos,                     /* current position, modified herein */
552 >        OBJECT  *cxs,                   /* checked objects, modified by checkhit */
553 >        int  dirf,                      /* direction indicators to speed tests */
554 >        register RAY  *r,
555 >        register CUBE  *cu
556 > )
557   {
558          int  ax;
559          double  dt, t;
# Line 540 | Line 633 | register CUBE  *cu;
633   }
634  
635  
636 < static
637 < checkhit(r, cu, cxs)            /* check for hit in full cube */
638 < register RAY  *r;
639 < CUBE  *cu;
640 < OBJECT  *cxs;
636 > static int
637 > checkhit(               /* check for hit in full cube */
638 >        register RAY  *r,
639 >        CUBE  *cu,
640 >        OBJECT  *cxs
641 > )
642   {
643          OBJECT  oset[MAXSET+1];
550 –        register OBJREC  *o;
551 –        register int  i;
644  
645          objset(oset, cu->cutree);
646 <        checkset(oset, cxs);                    /* eliminate double-checking */
647 <        for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
648 <                o = objptr(oset[i]);
649 <                if ((*ofun[o->otype].funp)(o, r))
650 <                        r->robj = oset[i];
559 <        }
560 <        if (r->ro == NULL)
646 >        checkset(oset, cxs);                    /* avoid double-checking */
647 >
648 >        (*r->hitf)(oset, r);                    /* test for hit in set */
649 >
650 >        if (r->robj == OVOID)
651                  return(0);                      /* no scores yet */
652  
653          return(incube(cu, r->rop));             /* hit OK if in current cube */
654   }
655  
656  
657 < static
658 < checkset(os, cs)                /* modify checked set and set to check */
659 < register OBJECT  *os;                   /* os' = os - cs */
660 < register OBJECT  *cs;                   /* cs' = cs + os */
657 > static void
658 > checkset(               /* modify checked set and set to check */
659 >        register OBJECT  *os,                   /* os' = os - cs */
660 >        register OBJECT  *cs                    /* cs' = cs + os */
661 > )
662   {
663          OBJECT  cset[MAXCSET+MAXSET+1];
664          register int  i, j;

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