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

Comparing ray/src/rt/raytrace.c (file contents):
Revision 2.15 by greg, Mon Feb 28 08:54:02 1994 UTC vs.
Revision 2.43 by greg, Tue Sep 9 03:28:43 2003 UTC

# Line 1 | Line 1
1 – /* Copyright (c) 1994 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  
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 –
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,
27   };                                      /* a Lambertian surface */
28  
29 < static int  raymove(), checkset(), checkhit();
29 > OBJREC  Aftplane;                       /* aft clipping plane object */
30  
31 < #define  MAXLOOP        128             /* modifier loop detection */
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 53 | 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++;
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);
86 –        r->rt = 0.0;
107   }
108  
109  
110 + void
111   raytrace(r)                     /* trace a ray and compute its value */
112   RAY  *r;
113   {
93 –        extern int  (*trace)();
94 –        int  gotmat;
95 –
114          if (localhit(r, &thescene))
115 <                gotmat = raycont(r);
116 <        else if (sourcehit(r))
117 <                gotmat = rayshade(r, r->ro->omod);
115 >                raycont(r);             /* hit local surface, evaluate */
116 >        else if (r->ro == &Aftplane) {
117 >                r->ro = NULL;           /* hit aft clipping plane */
118 >                r->rot = FHUGE;
119 >        } else if (sourcehit(r))
120 >                rayshade(r, r->ro->omod);       /* distant source */
121  
122 <        if (r->ro != NULL && !gotmat)
102 <                objerror(r->ro, USER, "material not found");
122 >        rayparticipate(r);              /* for participating medium */
123  
124          if (trace != NULL)
125                  (*trace)(r);            /* trace execution */
126   }
127  
128  
129 + void
130   raycont(r)                      /* check for clipped object and continue */
131   register RAY  *r;
132   {
133          if ((r->clipset != NULL && inset(r->clipset, r->ro->omod)) ||
134 <                        r->ro->omod == OVOID) {
134 >                        !rayshade(r, r->ro->omod))
135                  raytrans(r);
115 –                return(1);
116 –        }
117 –        return(rayshade(r, r->ro->omod));
136   }
137  
138  
139 + void
140   raytrans(r)                     /* transmit ray as is */
141   register RAY  *r;
142   {
# Line 132 | Line 151 | register RAY  *r;
151   }
152  
153  
154 + int
155   rayshade(r, mod)                /* shade ray r with material mod */
156   register RAY  *r;
157   int  mod;
158   {
139 –        static int  depth = 0;
159          int  gotmat;
160          register OBJREC  *m;
161 + #if  MAXLOOP
162 +        static int  depth = 0;
163                                          /* check for infinite loop */
164          if (depth++ >= MAXLOOP)
165                  objerror(r->ro, USER, "possible modifier loop");
166 + #endif
167          r->rt = r->rot;                 /* set effective ray length */
168          for (gotmat = 0; !gotmat && mod != OVOID; mod = m->omod) {
169                  m = objptr(mod);
# Line 152 | Line 174 | int  mod;
174                  }
175                  ******/
176                                          /* hack for irradiance calculation */
177 <                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS))) {
177 >                if (do_irrad && !(r->crtype & ~(PRIMARY|TRANS)) &&
178 >                                m->otype != MAT_CLIP &&
179 >                                (ofun[m->otype].flags & (T_M|T_X))) {
180                          if (irr_ignore(m->otype)) {
181 + #if  MAXLOOP
182                                  depth--;
183 + #endif
184                                  raytrans(r);
185                                  return(1);
186                          }
# Line 164 | Line 190 | int  mod;
190                                          /* materials call raytexture */
191                  gotmat = (*ofun[m->otype].funp)(m, r);
192          }
193 + #if  MAXLOOP
194          depth--;
195 + #endif
196          return(gotmat);
197   }
198  
199  
200 + void
201 + rayparticipate(r)                       /* compute ray medium participation */
202 + register RAY  *r;
203 + {
204 +        COLOR   ce, ca;
205 +        double  re, ge, be;
206 +
207 +        if (intens(r->cext) <= 1./FHUGE)
208 +                return;                         /* no medium */
209 +        re = r->rot*colval(r->cext,RED);
210 +        ge = r->rot*colval(r->cext,GRN);
211 +        be = r->rot*colval(r->cext,BLU);
212 +        if (r->crtype & SHADOW) {               /* no scattering for sources */
213 +                re *= 1. - colval(r->albedo,RED);
214 +                ge *= 1. - colval(r->albedo,GRN);
215 +                be *= 1. - colval(r->albedo,BLU);
216 +        }
217 +        setcolor(ce,    re<=0. ? 1. : re>92. ? 0. : exp(-re),
218 +                        ge<=0. ? 1. : ge>92. ? 0. : exp(-ge),
219 +                        be<=0. ? 1. : be>92. ? 0. : exp(-be));
220 +        multcolor(r->rcol, ce);                 /* path absorption */
221 +        if (r->crtype & SHADOW || intens(r->albedo) <= FTINY)
222 +                return;                         /* no scattering */
223 +        setcolor(ca,
224 +                colval(r->albedo,RED)*colval(ambval,RED)*(1.-colval(ce,RED)),
225 +                colval(r->albedo,GRN)*colval(ambval,GRN)*(1.-colval(ce,GRN)),
226 +                colval(r->albedo,BLU)*colval(ambval,BLU)*(1.-colval(ce,BLU)));
227 +        addcolor(r->rcol, ca);                  /* ambient in scattering */
228 +        srcscatter(r);                          /* source in scattering */
229 + }
230 +
231 +
232 + void
233   raytexture(r, mod)                      /* get material modifiers */
234   RAY  *r;
235 < int  mod;
235 > OBJECT  mod;
236   {
176 –        static int  depth = 0;
237          register OBJREC  *m;
238 + #if  MAXLOOP
239 +        static int  depth = 0;
240                                          /* check for infinite loop */
241          if (depth++ >= MAXLOOP)
242                  objerror(r->ro, USER, "modifier loop");
243 + #endif
244                                          /* execute textures and patterns */
245          for ( ; mod != OVOID; mod = m->omod) {
246                  m = objptr(mod);
# Line 187 | Line 250 | int  mod;
250                          error(USER, errmsg);
251                  }
252                  ******/
253 <                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r))
254 <                        objerror(r->ro, USER, "conflicting materials");
253 >                if ((*ofun[m->otype].funp)(m, r)) {
254 >                        sprintf(errmsg, "conflicting material \"%s\"",
255 >                                        m->oname);
256 >                        objerror(r->ro, USER, errmsg);
257 >                }
258          }
259 + #if  MAXLOOP
260          depth--;                        /* end here */
261 + #endif
262   }
263  
264  
265 + int
266   raymixture(r, fore, back, coef)         /* mix modifiers */
267   register RAY  *r;
268   OBJECT  fore, back;
# Line 202 | Line 271 | double  coef;
271          RAY  fr, br;
272          int  foremat, backmat;
273          register int  i;
274 <                                        /* clip coefficient */
274 >                                        /* bound coefficient */
275          if (coef > 1.0)
276                  coef = 1.0;
277          else if (coef < 0.0)
278                  coef = 0.0;
279                                          /* compute foreground and background */
280 <        foremat = backmat = -1;
280 >        foremat = backmat = 0;
281                                          /* foreground */
282 <        copystruct(&fr, r);
283 <        if (fore != OVOID && coef > FTINY)
282 >        fr = *r;
283 >        if (coef > FTINY)
284                  foremat = rayshade(&fr, fore);
285                                          /* background */
286 <        copystruct(&br, r);
287 <        if (back != OVOID && coef < 1.0-FTINY)
286 >        br = *r;
287 >        if (coef < 1.0-FTINY)
288                  backmat = rayshade(&br, back);
289 <                                        /* check */
290 <        if (foremat < 0)
291 <                if (backmat < 0)
292 <                        foremat = backmat = 0;
293 <                else
294 <                        foremat = backmat;
295 <        else if (backmat < 0)
227 <                backmat = foremat;
228 <        if ((foremat==0) != (backmat==0))
229 <                objerror(r->ro, USER, "mixing material with non-material");
289 >                                        /* check for transparency */
290 >        if (backmat ^ foremat) {
291 >                if (backmat && coef > FTINY)
292 >                        raytrans(&fr);
293 >                else if (foremat && coef < 1.0-FTINY)
294 >                        raytrans(&br);
295 >        }
296                                          /* mix perturbations */
297          for (i = 0; i < 3; i++)
298                  r->pert[i] = coef*fr.pert[i] + (1.0-coef)*br.pert[i];
# Line 235 | Line 301 | double  coef;
301          scalecolor(br.pcol, 1.0-coef);
302          copycolor(r->pcol, fr.pcol);
303          addcolor(r->pcol, br.pcol);
304 +                                        /* return value tells if material */
305 +        if (!foremat & !backmat)
306 +                return(0);
307                                          /* mix returned ray values */
308 <        if (foremat) {
309 <                scalecolor(fr.rcol, coef);
310 <                scalecolor(br.rcol, 1.0-coef);
311 <                copycolor(r->rcol, fr.rcol);
312 <                addcolor(r->rcol, br.rcol);
313 <                r->rt = bright(fr.rcol) > bright(br.rcol) ? fr.rt : br.rt;
308 >        scalecolor(fr.rcol, coef);
309 >        scalecolor(br.rcol, 1.0-coef);
310 >        copycolor(r->rcol, fr.rcol);
311 >        addcolor(r->rcol, br.rcol);
312 >        r->rt = bright(fr.rcol) > bright(br.rcol) ? fr.rt : br.rt;
313 >        return(1);
314 > }
315 >
316 >
317 > double
318 > raydist(r, flags)               /* compute (cumulative) ray distance */
319 > register RAY  *r;
320 > register int  flags;
321 > {
322 >        double  sum = 0.0;
323 >
324 >        while (r != NULL && r->crtype&flags) {
325 >                sum += r->rot;
326 >                r = r->parent;
327          }
328 <                                        /* return value tells if material */
247 <        return(foremat);
328 >        return(sum);
329   }
330  
331  
# Line 283 | Line 364 | register RAY  *r;
364   }
365  
366  
367 + void
368   newrayxf(r)                     /* get new tranformation matrix for ray */
369   RAY  *r;
370   {
# Line 302 | Line 384 | RAY  *r;
384                  if (rp->rox == &xp->xf) {               /* xp in use */
385                          xp = xp->next;                  /* move to next */
386                          if (xp == xflast) {             /* need new one */
387 <                                xp = (struct xfn *)bmalloc(sizeof(struct xfn));
387 >                                xp = (struct xfn *)malloc(sizeof(struct xfn));
388                                  if (xp == NULL)
389                                          error(SYSTEM,
390                                                  "out of memory in newrayxf");
# Line 319 | Line 401 | RAY  *r;
401   }
402  
403  
404 + void
405   flipsurface(r)                  /* reverse surface orientation */
406   register RAY  *r;
407   {
# Line 332 | Line 415 | register RAY  *r;
415   }
416  
417  
418 + void
419 + rayhit(oset, r)                 /* standard ray hit test */
420 + OBJECT  *oset;
421 + RAY  *r;
422 + {
423 +        OBJREC  *o;
424 +        int     i;
425 +
426 +        for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
427 +                o = objptr(oset[i]);
428 +                if ((*ofun[o->otype].funp)(o, r))
429 +                        r->robj = oset[i];
430 +        }
431 + }
432 +
433 +
434 + int
435   localhit(r, scene)              /* check for hit in the octree */
436   register RAY  *r;
437   register CUBE  *scene;
# Line 353 | Line 453 | register CUBE  *scene;
453          }
454          if (sflags == 0)
455                  error(CONSISTENCY, "zero ray direction in localhit");
456 +                                        /* start off assuming nothing hit */
457 +        if (r->rmax > FTINY) {          /* except aft plane if one */
458 +                r->ro = &Aftplane;
459 +                r->rot = r->rmax;
460 +                for (i = 0; i < 3; i++)
461 +                        r->rop[i] = r->rorg[i] + r->rot*r->rdir[i];
462 +        }
463 +                                        /* find global cube entrance point */
464          t = 0.0;
465          if (!incube(scene, curpos)) {
466                                          /* find distance to entry */
# Line 370 | Line 478 | register CUBE  *scene;
478                                  t = dt; /* farthest face is the one */
479                  }
480                  t += FTINY;             /* fudge to get inside cube */
481 +                if (t >= r->rot)        /* clipped already */
482 +                        return(0);
483                                          /* advance position */
484                  for (i = 0; i < 3; i++)
485                          curpos[i] += r->rdir[i]*t;
# Line 378 | Line 488 | register CUBE  *scene;
488                          return(0);
489          }
490          cxset[0] = 0;
491 <        return(raymove(curpos, cxset, sflags, r, scene) == RAYHIT);
491 >        raymove(curpos, cxset, sflags, r, scene);
492 >        return((r->ro != NULL) & (r->ro != &Aftplane));
493   }
494  
495  
# Line 433 | Line 544 | register CUBE  *cu;
544                  }
545                  /*NOTREACHED*/
546          }
547 <        if (isfull(cu->cutree) && checkhit(r, cu, cxs))
547 >        if (isfull(cu->cutree)) {
548 >                if (checkhit(r, cu, cxs))
549 >                        return(RAYHIT);
550 >        } else if (r->ro == &Aftplane && incube(cu, r->rop))
551                  return(RAYHIT);
552                                          /* advance to next cube */
553          if (dirf&0x11) {
# Line 465 | Line 579 | register CUBE  *cu;
579   }
580  
581  
582 < static
582 > static int
583   checkhit(r, cu, cxs)            /* check for hit in full cube */
584   register RAY  *r;
585   CUBE  *cu;
586   OBJECT  *cxs;
587   {
588          OBJECT  oset[MAXSET+1];
475 –        register OBJREC  *o;
476 –        register int  i;
589  
590          objset(oset, cu->cutree);
591 <        checkset(oset, cxs);                    /* eliminate double-checking */
592 <        for (i = oset[0]; i > 0; i--) {
593 <                o = objptr(oset[i]);
594 <                (*ofun[o->otype].funp)(o, r);
595 <        }
484 <        if (r->ro == NULL)
591 >        checkset(oset, cxs);                    /* avoid double-checking */
592 >
593 >        (*r->hitf)(oset, r);                    /* test for hit in set */
594 >
595 >        if (r->robj == OVOID)
596                  return(0);                      /* no scores yet */
597  
598          return(incube(cu, r->rop));             /* hit OK if in current cube */
599   }
600  
601  
602 < static
602 > static void
603   checkset(os, cs)                /* modify checked set and set to check */
604   register OBJECT  *os;                   /* os' = os - cs */
605   register OBJECT  *cs;                   /* cs' = cs + os */

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