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

Comparing ray/src/rt/raytrace.c (file contents):
Revision 2.4 by greg, Tue Feb 23 13:57:11 1993 UTC vs.
Revision 2.44 by greg, Wed Dec 31 01:50:02 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   #define  MAXCSET        ((MAXSET+1)*2-1)        /* maximum check set size */
19  
20 < extern CUBE  thescene;                  /* our scene */
21 < extern int  maxdepth;                   /* maximum recursion depth */
25 < extern double  minweight;               /* minimum ray weight */
26 < extern int  do_irrad;                   /* compute irradiance? */
20 > unsigned long  raynum = 0;              /* next unique ray number */
21 > unsigned long  nrays = 0;               /* number of calls to localhit */
22  
23 < long  raynum = 0L;                      /* next unique ray number */
29 < long  nrays = 0L;                       /* number of calls to localhit */
30 <
31 < 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,
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   #define  RAYHIT         (-1)            /* return value for intercepted ray */
35  
36  
37 + int
38   rayorigin(r, ro, rt, rw)                /* start new ray from old one */
39   register RAY  *r, *ro;
40   int  rt;
41   double  rw;
42   {
43 +        double  re;
44 +
45          if ((r->parent = ro) == NULL) {         /* primary ray */
46                  r->rlvl = 0;
47                  r->rweight = rw;
# Line 51 | Line 49 | double  rw;
49                  r->rsrc = -1;
50                  r->clipset = NULL;
51                  r->revf = raytrace;
52 +                copycolor(r->cext, cextinction);
53 +                copycolor(r->albedo, salbedo);
54 +                r->gecc = seccg;
55 +                r->slights = NULL;
56          } else {                                /* spawned ray */
57                  r->rlvl = ro->rlvl;
58                  if (rt & RAYREFL) {
59                          r->rlvl++;
60                          r->rsrc = -1;
61                          r->clipset = ro->clipset;
62 +                        r->rmax = 0.0;
63                  } else {
64                          r->rsrc = ro->rsrc;
65                          r->clipset = ro->newcset;
66 +                        r->rmax = ro->rmax <= FTINY ? 0.0 : ro->rmax - ro->rot;
67                  }
68                  r->revf = ro->revf;
69 <                r->rweight = ro->rweight * rw;
69 >                copycolor(r->cext, ro->cext);
70 >                copycolor(r->albedo, ro->albedo);
71 >                r->gecc = ro->gecc;
72 >                r->slights = ro->slights;
73                  r->crtype = ro->crtype | (r->rtype = rt);
74                  VCOPY(r->rorg, ro->rop);
75 +                r->rweight = ro->rweight * rw;
76 +                                                /* estimate absorption */
77 +                re = colval(ro->cext,RED) < colval(ro->cext,GRN) ?
78 +                                colval(ro->cext,RED) : colval(ro->cext,GRN);
79 +                if (colval(ro->cext,BLU) < re) re = colval(ro->cext,BLU);
80 +                if (re > 0.)
81 +                        r->rweight *= exp(-re*ro->rot);
82          }
83          rayclear(r);
84          return(r->rlvl <= maxdepth && r->rweight >= minweight ? 0 : -1);
85   }
86  
87  
88 + void
89   rayclear(r)                     /* clear a ray for (re)evaluation */
90   register RAY  *r;
91   {
92          r->rno = raynum++;
93          r->newcset = r->clipset;
94 +        r->hitf = rayhit;
95 +        r->robj = OVOID;
96          r->ro = NULL;
97 <        r->rot = FHUGE;
97 >        r->rox = NULL;
98 >        r->rt = r->rot = FHUGE;
99          r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
100 +        r->uv[0] = r->uv[1] = 0.0;
101          setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
102          setcolor(r->rcol, 0.0, 0.0, 0.0);
84        r->rt = 0.0;
103   }
104  
105  
106 + void
107   raytrace(r)                     /* trace a ray and compute its value */
108   RAY  *r;
109   {
91        extern int  (*trace)();
92
110          if (localhit(r, &thescene))
111 <                raycont(r);
112 <        else if (sourcehit(r))
113 <                rayshade(r, r->ro->omod);
111 >                raycont(r);             /* hit local surface, evaluate */
112 >        else if (r->ro == &Aftplane) {
113 >                r->ro = NULL;           /* hit aft clipping plane */
114 >                r->rot = FHUGE;
115 >        } else if (sourcehit(r))
116 >                rayshade(r, r->ro->omod);       /* distant source */
117  
118 +        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
119 +
120          if (trace != NULL)
121                  (*trace)(r);            /* trace execution */
122   }
123  
124  
125 + void
126   raycont(r)                      /* check for clipped object and continue */
127   register RAY  *r;
128   {
129 <        if (r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod))
129 >        if ((r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod)) ||
130 >                        !rayshade(r, r->ro->omod))
131                  raytrans(r);
108        else
109                rayshade(r, r->ro->omod);
132   }
133  
134  
135 + void
136   raytrans(r)                     /* transmit ray as is */
137   register RAY  *r;
138   {
# Line 124 | Line 147 | register RAY  *r;
147   }
148  
149  
150 + int
151   rayshade(r, mod)                /* shade ray r with material mod */
152   register RAY  *r;
153   int  mod;
154   {
155 <        static int  depth = 0;
155 >        int  gotmat;
156          register OBJREC  *m;
133                                        /* check for infinite loop */
134        if (depth++ >= MAXLOOP)
135                objerror(r->ro, USER, "possible modifier loop");
157          r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
158 <        for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
158 >        for (gotmat = 0; !gotmat && mod != OVOID; mod = m->omod) {
159                  m = objptr(mod);
160                  /****** unnecessary test since modifier() is always called
161                  if (!ismodifier(m->otype)) {
# Line 143 | Line 164 | int  mod;
164                  }
165                  ******/
166                                          /* hack for irradiance calculation */
167 <                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS))) {
167 >                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS)) &&
168 >                                m->otype != MAT_CLIP &&
169 >                                (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X))) {
170                          if (irr_ignore(m->otype)) {
148                                depth--;
171                                  raytrans(r);
172 <                                return;
172 >                                return(1);
173                          }
174                          if (!islight(m->otype))
175                                  m = &Lamb;
176                  }
177 <                (*ofun[m->otype].funp)(m, r);   /* execute function */
178 <                if (ismaterial(m->otype)) {     /* materials call raytexture */
157 <                        depth--;
158 <                        return;         /* we're done */
159 <                }
177 >                                        /* materials call raytexture */
178 >                gotmat = (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
179          }
180 <        objerror(r->ro, USER, "material not found");
180 >        return(gotmat);
181   }
182  
183  
184 + void
185 + rayparticipate(r)                       /* compute ray medium participation */
186 + register RAY  *r;
187 + {
188 +        COLOR   ce, ca;
189 +        double  re, ge, be;
190 +
191 +        if (intens(r->cext) <= 1./FHUGE)
192 +                return;                         /* no medium */
193 +        re = r->rot*colval(r->cext,RED);
194 +        ge = r->rot*colval(r->cext,GRN);
195 +        be = r->rot*colval(r->cext,BLU);
196 +        if (r->crtype & SHADOW) {               /* no scattering for sources */
197 +                re *= 1. - colval(r->albedo,RED);
198 +                ge *= 1. - colval(r->albedo,GRN);
199 +                be *= 1. - colval(r->albedo,BLU);
200 +        }
201 +        setcolor(ce,    re<=0. ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
202 +                        ge<=0. ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
203 +                        be<=0. ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
204 +        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path absorption */
205 +        if (r->crtype & SHADOW || intens(r->albedo) <= FTINY)
206 +                return;                         /* no scattering */
207 +        setcolor(ca,
208 +                colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
209 +                colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
210 +                colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
211 +        addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
212 +        srcscatter(r);                          /* source in scattering */
213 + }
214 +
215 +
216 + void
217   raytexture(r, mod)                      /* get material modifiers */
218   RAY  *r;
219 < int  mod;
219 > OBJECT  mod;
220   {
169        static int  depth = 0;
221          register OBJREC  *m;
171                                        /* check for infinite loop */
172        if (depth++ >= MAXLOOP)
173                objerror(r->ro, USER, "modifier loop");
222                                          /* execute textures and patterns */
223          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
224                  m = objptr(mod);
225 <                if (!istexture(m->otype)) {
225 >                /****** unnecessary test since modifier() is always called
226 >                if (!ismodifier(m->otype)) {
227                          sprintf(errmsg, "illegal modifier \"%s\"", m->oname);
228                          error(USER, errmsg);
229                  }
230 <                (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
230 >                ******/
231 >                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r)) {
232 >                        sprintf(errmsg, "conflicting material \"%s\"",
233 >                                        m->oname);
234 >                        objerror(r->ro, USER, errmsg);
235 >                }
236          }
183        depth--;                        /* end here */
237   }
238  
239  
240 + int
241   raymixture(r, fore, back, coef)         /* mix modifiers */
242   register RAY  *r;
243   OBJECT  fore, back;
244   double  coef;
245   {
246 <        FVECT  curpert, forepert, backpert;
247 <        COLOR  curpcol, forepcol, backpcol;
246 >        RAY  fr, br;
247 >        int  foremat, backmat;
248          register int  i;
249 <                                        /* clip coefficient */
249 >                                        /* bound coefficient */
250          if (coef > 1.0)
251                  coef = 1.0;
252          else if (coef < 0.0)
253                  coef = 0.0;
254 <                                        /* save current mods */
255 <        VCOPY(curpert, r->pert);
256 <        copycolor(curpcol, r->pcol);
257 <                                        /* compute new mods */
258 <                                                /* foreground */
259 <        r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
260 <        setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
261 <        if (fore != OVOID && coef > FTINY)
262 <                raytexture(r, fore);
263 <        VCOPY(forepert, r->pert);
264 <        copycolor(forepcol, r->pcol);
265 <                                                /* background */
266 <        r->pert[0] = r->pert[1] = r->pert[2] = 0.0;
267 <        setcolor(r->pcol, 1.0, 1.0, 1.0);
268 <        if (back != OVOID && coef < 1.0-FTINY)
269 <                raytexture(r, back);
270 <        VCOPY(backpert, r->pert);
271 <        copycolor(backpcol, r->pcol);
218 <                                        /* sum perturbations */
254 >                                        /* compute foreground and background */
255 >        foremat = backmat = 0;
256 >                                        /* foreground */
257 >        fr = *r;
258 >        if (coef > FTINY)
259 >                foremat = rayshade(&fr, fore);
260 >                                        /* background */
261 >        br = *r;
262 >        if (coef < 1.0-FTINY)
263 >                backmat = rayshade(&br, back);
264 >                                        /* check for transparency */
265 >        if (backmat ^ foremat) {
266 >                if (backmat && coef > FTINY)
267 >                        raytrans(&fr);
268 >                else if (foremat && coef < 1.0-FTINY)
269 >                        raytrans(&br);
270 >        }
271 >                                        /* mix perturbations */
272          for (i = 0; i < 3; i++)
273 <                r->pert[i] = curpert[i] + coef*forepert[i] +
274 <                                (1.0-coef)*backpert[i];
275 <                                        /* multiply colors */
276 <        setcolor(r->pcol, coef*colval(forepcol,RED) +
277 <                                (1.0-coef)*colval(backpcol,RED),
278 <                        coef*colval(forepcol,GRN) +
279 <                                (1.0-coef)*colval(backpcol,GRN),
280 <                        coef*colval(forepcol,BLU) +
281 <                                (1.0-coef)*colval(backpcol,BLU));
282 <        multcolor(r->pcol, curpcol);
273 >                r->pert[i] = coef*fr.pert[i] + (1.0-coef)*br.pert[i];
274 >                                        /* mix pattern colors */
275 >        scalecolor(fr.pcol, coef);
276 >        scalecolor(br.pcol, 1.0-coef);
277 >        copycolor(r->pcol, fr.pcol);
278 >        addcolor(r->pcol, br.pcol);
279 >                                        /* return value tells if material */
280 >        if (!foremat & !backmat)
281 >                return(0);
282 >                                        /* mix returned ray values */
283 >        scalecolor(fr.rcol, coef);
284 >        scalecolor(br.rcol, 1.0-coef);
285 >        copycolor(r->rcol, fr.rcol);
286 >        addcolor(r->rcol, br.rcol);
287 >        r->rt = bright(fr.rcol) > bright(br.rcol) ? fr.rt : br.rt;
288 >        return(1);
289   }
290  
291  
292   double
293 + raydist(r, flags)               /* compute (cumulative) ray distance */
294 + register RAY  *r;
295 + register int  flags;
296 + {
297 +        double  sum = 0.0;
298 +
299 +        while (r != NULL && r->crtype&flags) {
300 +                sum += r->rot;
301 +                r = r->parent;
302 +        }
303 +        return(sum);
304 + }
305 +
306 +
307 + double
308   raynormal(norm, r)              /* compute perturbed normal for ray */
309   FVECT  norm;
310   register RAY  *r;
# Line 265 | Line 339 | register RAY  *r;
339   }
340  
341  
342 + void
343   newrayxf(r)                     /* get new tranformation matrix for ray */
344   RAY  *r;
345   {
# Line 284 | Line 359 | RAY  *r;
359                  if (rp->rox == &xp->xf) {               /* xp in use */
360                          xp = xp->next;                  /* move to next */
361                          if (xp == xflast) {             /* need new one */
362 <                                xp = (struct xfn *)bmalloc(sizeof(struct xfn));
362 >                                xp = (struct xfn *)malloc(sizeof(struct xfn));
363                                  if (xp == NULL)
364                                          error(SYSTEM,
365                                                  "out of memory in newrayxf");
# Line 301 | Line 376 | RAY  *r;
376   }
377  
378  
379 + void
380   flipsurface(r)                  /* reverse surface orientation */
381   register RAY  *r;
382   {
# Line 314 | Line 390 | register RAY  *r;
390   }
391  
392  
393 + void
394 + rayhit(oset, r)                 /* standard ray hit test */
395 + OBJECT  *oset;
396 + RAY  *r;
397 + {
398 +        OBJREC  *o;
399 +        int     i;
400 +
401 +        for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
402 +                o = objptr(oset[i]);
403 +                if ((*ofun[o->otype].funp)(o, r))
404 +                        r->robj = oset[i];
405 +        }
406 + }
407 +
408 +
409 + int
410   localhit(r, scene)              /* check for hit in the octree */
411   register RAY  *r;
412   register CUBE  *scene;
# Line 328 | Line 421 | register CUBE  *scene;
421          sflags = 0;
422          for (i = 0; i < 3; i++) {
423                  curpos[i] = r->rorg[i];
424 <                if (r->rdir[i] > FTINY)
424 >                if (r->rdir[i] > 1e-7)
425                          sflags |= 1 << i;
426 <                else if (r->rdir[i] < -FTINY)
426 >                else if (r->rdir[i] < -1e-7)
427                          sflags |= 0x10 << i;
428          }
429          if (sflags == 0)
430                  error(CONSISTENCY, "zero ray direction in localhit");
431 +                                        /* start off assuming nothing hit */
432 +        if (r->rmax > FTINY) {          /* except aft plane if one */
433 +                r->ro = &Aftplane;
434 +                r->rot = r->rmax;
435 +                for (i = 0; i < 3; i++)
436 +                        r->rop[i] = r->rorg[i] + r->rot*r->rdir[i];
437 +        }
438 +                                        /* find global cube entrance point */
439          t = 0.0;
440          if (!incube(scene, curpos)) {
441                                          /* find distance to entry */
# Line 352 | Line 453 | register CUBE  *scene;
453                                  t = dt; /* farthest face is the one */
454                  }
455                  t += FTINY;             /* fudge to get inside cube */
456 +                if (t >= r->rot)        /* clipped already */
457 +                        return(0);
458                                          /* advance position */
459                  for (i = 0; i < 3; i++)
460                          curpos[i] += r->rdir[i]*t;
# Line 360 | Line 463 | register CUBE  *scene;
463                          return(0);
464          }
465          cxset[0] = 0;
466 <        return(raymove(curpos, cxset, sflags, r, scene) == RAYHIT);
466 >        raymove(curpos, cxset, sflags, r, scene);
467 >        return((r->ro != NULL) & (r->ro != &Aftplane));
468   }
469  
470  
# Line 415 | Line 519 | register CUBE  *cu;
519                  }
520                  /*NOTREACHED*/
521          }
522 <        if (isfull(cu->cutree) && checkhit(r, cu, cxs))
522 >        if (isfull(cu->cutree)) {
523 >                if (checkhit(r, cu, cxs))
524 >                        return(RAYHIT);
525 >        } else if (r->ro == &Aftplane && incube(cu, r->rop))
526                  return(RAYHIT);
527                                          /* advance to next cube */
528          if (dirf&0x11) {
# Line 447 | Line 554 | register CUBE  *cu;
554   }
555  
556  
557 < static
557 > static int
558   checkhit(r, cu, cxs)            /* check for hit in full cube */
559   register RAY  *r;
560   CUBE  *cu;
561   OBJECT  *cxs;
562   {
563          OBJECT  oset[MAXSET+1];
457        register OBJREC  *o;
458        register int  i;
564  
565          objset(oset, cu->cutree);
566 <        checkset(oset, cxs);                    /* eliminate double-checking */
567 <        for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
568 <                o = objptr(oset[i]);
569 <                if (o->omod == OVOID && issurface(o->otype))
570 <                        continue;               /* ignore void surfaces */
466 <                (*ofun[o->otype].funp)(o, r);
467 <        }
468 <        if (r->ro == NULL)
566 >        checkset(oset, cxs);                    /* avoid double-checking */
567 >
568 >        (*r->hitf)(oset, r);                    /* test for hit in set */
569 >
570 >        if (r->robj == OVOID)
571                  return(0);                      /* no scores yet */
572  
573          return(incube(cu, r->rop));             /* hit OK if in current cube */
574   }
575  
576  
577 < static
577 > static void
578   checkset(os, cs)                /* modify checked set and set to check */
579   register OBJECT  *os;                   /* os' = os - cs */
580   register OBJECT  *cs;                   /* cs' = cs + os */

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