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

Comparing ray/src/rt/source.c (file contents):
Revision 1.47 by greg, Tue Oct 22 15:45:13 1991 UTC vs.
Revision 2.30 by greg, Tue Feb 25 02:47:23 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   *  source.c - routines dealing with illumination sources.
6   *
7 < *     8/20/85
7 > *  External symbols declared in source.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  "source.h"
17  
18 + #include  "random.h"
19 +
20 + extern double  ssampdist;               /* scatter sampling distance */
21 +
22 + #ifndef MAXSSAMP
23 + #define MAXSSAMP        16              /* maximum samples per ray */
24 + #endif
25 +
26   /*
27   * Structures used by direct()
28   */
# Line 39 | Line 44 | static CNTPTR  *cntord;                        /* source ordering in direct
44   static int  maxcntr = 0;                /* size of contribution arrays */
45  
46  
47 + void
48   marksources()                   /* find and mark source objects */
49   {
50 +        int  foundsource = 0;
51          int  i;
52          register OBJREC  *o, *m;
53          register int  ns;
# Line 67 | Line 74 | marksources()                  /* find and mark source objects */
74                                  o->otype != OBJ_SOURCE &&
75                                  m->oargs.farg[3] <= FTINY)
76                          continue;                       /* don't bother */
77 +                if (m->oargs.farg[0] <= FTINY && m->oargs.farg[1] <= FTINY &&
78 +                                m->oargs.farg[2] <= FTINY)
79 +                        continue;                       /* don't bother */
80  
81                  if (sfun[o->otype].of == NULL ||
82                                  sfun[o->otype].of->setsrc == NULL)
# Line 80 | Line 90 | marksources()                  /* find and mark source objects */
90                  if (m->otype == MAT_GLOW) {
91                          source[ns].sflags |= SPROX;
92                          source[ns].sl.prox = m->oargs.farg[3];
93 <                        if (o->otype == OBJ_SOURCE)
93 >                        if (source[ns].sflags & SDISTANT)
94                                  source[ns].sflags |= SSKIP;
95                  } else if (m->otype == MAT_SPOT) {
96                          source[ns].sflags |= SSPOT;
# Line 93 | Line 103 | marksources()                  /* find and mark source objects */
103                                  source[ns].sflags |= SSKIP;
104                          }
105                  }
106 +                if (!(source[ns].sflags & SSKIP))
107 +                        foundsource++;
108          }
109 <        if (nsources <= 0) {
109 >        if (!foundsource) {
110                  error(WARNING, "no light sources found");
111                  return;
112          }
113          markvirtuals();                 /* find and add virtual sources */
114                                  /* allocate our contribution arrays */
115 <        maxcntr = nsources + MAXSPART*2;        /* start with this many */
115 >        maxcntr = nsources + MAXSPART;  /* start with this many */
116          srccnt = (CONTRIB *)malloc(maxcntr*sizeof(CONTRIB));
117          cntord = (CNTPTR *)malloc(maxcntr*sizeof(CNTPTR));
118 <        if (srccnt == NULL || cntord == NULL)
118 >        if (srccnt == NULL | cntord == NULL)
119                  goto memerr;
120          return;
121   memerr:
# Line 111 | Line 123 | memerr:
123   }
124  
125  
126 + void
127 + freesources()                   /* free all source structures */
128 + {
129 +        if (nsources > 0) {
130 +                free((void *)source);
131 +                source = NULL;
132 +                nsources = 0;
133 +        }
134 +        if (maxcntr <= 0)
135 +                return;
136 +        free((void *)srccnt);
137 +        srccnt = NULL;
138 +        free((void *)cntord);
139 +        cntord = NULL;
140 +        maxcntr = 0;
141 + }
142 +
143 +
144 + int
145   srcray(sr, r, si)               /* send a ray to a source, return domega */
146   register RAY  *sr;              /* returned source ray */
147   RAY  *r;                        /* ray which hit object */
148   SRCINDEX  *si;                  /* source sample index */
149   {
150      double  d;                          /* distance to source */
120 –    FVECT  vd;
151      register SRCREC  *srcp;
122 –    register int  i;
152  
153      rayorigin(sr, r, SHADOW, 1.0);              /* ignore limits */
154  
# Line 127 | Line 156 | SRCINDEX  *si;                 /* source sample index */
156          sr->rsrc = si->sn;                      /* remember source */
157          srcp = source + si->sn;
158          if (srcp->sflags & SDISTANT) {
159 <                if (srcp->sflags & SSPOT) {     /* check location */
160 <                        for (i = 0; i < 3; i++)
132 <                            vd[i] = srcp->sl.s->aim[i] - sr->rorg[i];
133 <                        d = DOT(sr->rdir,vd);
134 <                        if (d <= FTINY)
135 <                                continue;
136 <                        d = DOT(vd,vd) - d*d;
137 <                        if (PI*d > srcp->sl.s->siz)
138 <                                continue;
139 <                }
159 >                if (srcp->sflags & SSPOT && spotout(sr, srcp->sl.s))
160 >                        continue;
161                  return(1);              /* sample OK */
162          }
163                                  /* local source */
# Line 145 | Line 166 | SRCINDEX  *si;                 /* source sample index */
166                  continue;
167                                                  /* check angle */
168          if (srcp->sflags & SSPOT) {
169 <                if (srcp->sl.s->siz < 2.0*PI *
149 <                                (1.0 + DOT(srcp->sl.s->aim,sr->rdir)))
169 >                if (spotout(sr, srcp->sl.s))
170                          continue;
171                                          /* adjust solid angle */
172                  si->dom *= d*d;
# Line 159 | Line 179 | SRCINDEX  *si;                 /* source sample index */
179   }
180  
181  
182 + void
183   srcvalue(r)                     /* punch ray to source and compute value */
184 < RAY  *r;
184 > register RAY  *r;
185   {
186          register SRCREC  *sp;
187  
# Line 169 | Line 190 | RAY  *r;
190                                          /* check intersection */
191                  if (!(*ofun[sp->so->otype].funp)(sp->so, r))
192                          return;
193 <                raycont(r);             /* compute contribution */
193 >                if (!rayshade(r, r->ro->omod))  /* compute contribution */
194 >                        goto nomat;
195 >                rayparticipate(r);
196                  return;
197          }
198                                          /* compute intersection */
# Line 177 | Line 200 | RAY  *r;
200                          (*ofun[sp->so->otype].funp)(sp->so, r)) {
201                  if (sp->sa.success >= 0)
202                          sp->sa.success++;
203 <                raycont(r);             /* compute contribution */
203 >                if (!rayshade(r, r->ro->omod))  /* compute contribution */
204 >                        goto nomat;
205 >                rayparticipate(r);
206                  return;
207          }
208 +                                        /* we missed our mark! */
209          if (sp->sa.success < 0)
210                  return;                 /* bitched already */
211          sp->sa.success -= AIMREQT;
# Line 188 | Line 214 | RAY  *r;
214          sprintf(errmsg, "aiming failure for light source \"%s\"",
215                          sp->so->oname);
216          error(WARNING, errmsg);         /* issue warning */
217 +        return;
218 + nomat:
219 +        objerror(r->ro, USER, "material not found");
220   }
221  
222  
223 + int
224 + sourcehit(r)                    /* check to see if ray hit distant source */
225 + register RAY  *r;
226 + {
227 +        int  first, last;
228 +        register int  i;
229 +
230 +        if (r->rsrc >= 0) {             /* check only one if aimed */
231 +                first = last = r->rsrc;
232 +        } else {                        /* otherwise check all */
233 +                first = 0; last = nsources-1;
234 +        }
235 +        for (i = first; i <= last; i++)
236 +                if ((source[i].sflags & (SDISTANT|SVIRTUAL)) == SDISTANT)
237 +                        /*
238 +                         * Check to see if ray is within
239 +                         * solid angle of source.
240 +                         */
241 +                        if (2.0*PI * (1.0 - DOT(source[i].sloc,r->rdir))
242 +                                        <= source[i].ss2) {
243 +                                r->ro = source[i].so;
244 +                                if (!(source[i].sflags & SSKIP))
245 +                                        break;
246 +                        }
247 +
248 +        if (r->ro != NULL) {
249 +                r->robj = objndx(r->ro);
250 +                for (i = 0; i < 3; i++)
251 +                        r->ron[i] = -r->rdir[i];
252 +                r->rod = 1.0;
253 +                r->rox = NULL;
254 +                return(1);
255 +        }
256 +        return(0);
257 + }
258 +
259 +
260   static int
261   cntcmp(sc1, sc2)                        /* contribution compare (descending) */
262   register CNTPTR  *sc1, *sc2;
# Line 203 | Line 269 | register CNTPTR  *sc1, *sc2;
269   }
270  
271  
272 + void
273   direct(r, f, p)                         /* add direct component */
274   RAY  *r;                        /* ray that hit surface */
275 < int  (*f)();                    /* direct component coefficient function */
275 > void  (*f)();                   /* direct component coefficient function */
276   char  *p;                       /* data for f */
277   {
278 <        extern int  (*trace)();
212 <        extern double  pow();
278 >        extern void  (*trace)();
279          register int  sn;
280 +        register CONTRIB  *scp;
281          SRCINDEX  si;
282          int  nshadcheck, ncnts;
283          int  nhits;
# Line 228 | Line 295 | char  *p;                      /* data for f */
295                                          maxcntr*sizeof(CONTRIB));
296                          cntord = (CNTPTR *)realloc((char *)cntord,
297                                          maxcntr*sizeof(CNTPTR));
298 <                        if (srccnt == NULL || cntord == NULL)
298 >                        if (srccnt == NULL | cntord == NULL)
299                                  error(SYSTEM, "out of memory in direct");
300                  }
301                  cntord[sn].sndx = sn;
302 <                srccnt[sn].sno = sr.rsrc;
302 >                scp = srccnt + sn;
303 >                scp->sno = sr.rsrc;
304                                                  /* compute coefficient */
305 <                (*f)(srccnt[sn].coef, p, sr.rdir, si.dom);
306 <                cntord[sn].brt = bright(srccnt[sn].coef);
305 >                (*f)(scp->coef, p, sr.rdir, si.dom);
306 >                cntord[sn].brt = bright(scp->coef);
307                  if (cntord[sn].brt <= 0.0)
308                          continue;
309 <                VCOPY(srccnt[sn].dir, sr.rdir);
309 >                VCOPY(scp->dir, sr.rdir);
310                                                  /* compute potential */
311                  sr.revf = srcvalue;
312                  rayvalue(&sr);
313 <                copycolor(srccnt[sn].val, sr.rcol);
314 <                multcolor(srccnt[sn].val, srccnt[sn].coef);
315 <                cntord[sn].brt = bright(srccnt[sn].val);
313 >                copycolor(scp->val, sr.rcol);
314 >                multcolor(scp->val, scp->coef);
315 >                cntord[sn].brt = bright(scp->val);
316          }
317                                                  /* sort contributions */
318          qsort(cntord, sn, sizeof(CNTPTR), cntcmp);
# Line 261 | Line 329 | char  *p;                      /* data for f */
329                          l = m;
330                  }
331          }
332 +        if (ncnts == 0)
333 +                return;         /* no contributions! */
334                                                  /* accumulate tail */
335          for (sn = ncnts-1; sn > 0; sn--)
336                  cntord[sn-1].brt += cntord[sn].brt;
# Line 269 | Line 339 | char  *p;                      /* data for f */
339                                                  /* modify threshold */
340          ourthresh = shadthresh / r->rweight;
341                                                  /* test for shadows */
342 <        nhits = 0;
343 <        for (sn = 0; sn < ncnts; sn++) {
342 >        for (nhits = 0, hwt = 0.0, sn = 0; sn < ncnts;
343 >                        hwt += (double)source[scp->sno].nhits /
344 >                                (double)source[scp->sno].ntests,
345 >                        sn++) {
346                                                  /* check threshold */
347                  if ((sn+nshadcheck>=ncnts ? cntord[sn].brt :
348                                  cntord[sn].brt-cntord[sn+nshadcheck].brt)
349                                  < ourthresh*bright(r->rcol))
350                          break;
351 +                scp = srccnt + cntord[sn].sndx;
352                                                  /* test for hit */
353                  rayorigin(&sr, r, SHADOW, 1.0);
354 <                VCOPY(sr.rdir, srccnt[cntord[sn].sndx].dir);
355 <                sr.rsrc = srccnt[cntord[sn].sndx].sno;
356 <                source[sr.rsrc].ntests++;       /* keep statistics */
354 >                VCOPY(sr.rdir, scp->dir);
355 >                sr.rsrc = scp->sno;
356 >                source[scp->sno].ntests++;      /* keep statistics */
357                  if (localhit(&sr, &thescene) &&
358 <                                ( sr.ro != source[sr.rsrc].so ||
359 <                                source[sr.rsrc].sflags & SFOLLOW )) {
358 >                                ( sr.ro != source[scp->sno].so ||
359 >                                source[scp->sno].sflags & SFOLLOW )) {
360                                                  /* follow entire path */
361                          raycont(&sr);
362 +                        rayparticipate(&sr);
363                          if (trace != NULL)
364                                  (*trace)(&sr);  /* trace execution */
365                          if (bright(sr.rcol) <= FTINY)
366                                  continue;       /* missed! */
367 <                        copycolor(srccnt[cntord[sn].sndx].val, sr.rcol);
368 <                        multcolor(srccnt[cntord[sn].sndx].val,
295 <                                        srccnt[cntord[sn].sndx].coef);
367 >                        copycolor(scp->val, sr.rcol);
368 >                        multcolor(scp->val, scp->coef);
369                  }
370                                                  /* add contribution if hit */
371 <                addcolor(r->rcol, srccnt[cntord[sn].sndx].val);
371 >                addcolor(r->rcol, scp->val);
372                  nhits++;
373 <                source[sr.rsrc].nhits++;
373 >                source[scp->sno].nhits++;
374          }
375 <                                        /* surface hit rate */
376 <        if (sn > 0)
377 <                hwt = (double)nhits / (double)sn;
375 >                                        /* source hit rate */
376 >        if (hwt > FTINY)
377 >                hwt = (double)nhits / hwt;
378          else
379                  hwt = 0.5;
380   #ifdef DEBUG
381 <        sprintf(errmsg, "%d tested, %d untested, %f hit rate\n",
381 >        sprintf(errmsg, "%d tested, %d untested, %f conditional hit rate\n",
382                          sn, ncnts-sn, hwt);
383          eputs(errmsg);
384   #endif
385                                          /* add in untested sources */
386          for ( ; sn < ncnts; sn++) {
387 <                sr.rsrc = srccnt[cntord[sn].sndx].sno;
388 <                prob = hwt * (double)source[sr.rsrc].nhits /
389 <                                (double)source[sr.rsrc].ntests;
390 <                scalecolor(srccnt[cntord[sn].sndx].val, prob);
391 <                addcolor(r->rcol, srccnt[cntord[sn].sndx].val);
387 >                scp = srccnt + cntord[sn].sndx;
388 >                prob = hwt * (double)source[scp->sno].nhits /
389 >                                (double)source[scp->sno].ntests;
390 >                if (prob > 1.0)
391 >                        prob = 1.0;
392 >                scalecolor(scp->val, prob);
393 >                addcolor(r->rcol, scp->val);
394          }
395 + }
396 +
397 +
398 + void
399 + srcscatter(r)                   /* compute source scattering into ray */
400 + register RAY  *r;
401 + {
402 +        int  oldsampndx;
403 +        int  nsamps;
404 +        RAY  sr;
405 +        SRCINDEX  si;
406 +        double  t, d;
407 +        double  re, ge, be;
408 +        COLOR  cvext;
409 +        int  i, j;
410 +
411 +        if (r->slights == NULL || r->slights[0] == 0
412 +                        || r->gecc >= 1.-FTINY || r->rot >= FHUGE)
413 +                return;
414 +        if (ssampdist <= FTINY || (nsamps = r->rot/ssampdist + .5) < 1)
415 +                nsamps = 1;
416 + #if MAXSSAMP
417 +        else if (nsamps > MAXSSAMP)
418 +                nsamps = MAXSSAMP;
419 + #endif
420 +        oldsampndx = samplendx;
421 +        samplendx = random()&0x7fff;            /* randomize */
422 +        for (i = r->slights[0]; i > 0; i--) {   /* for each source */
423 +                for (j = 0; j < nsamps; j++) {  /* for each sample position */
424 +                        samplendx++;
425 +                        t = r->rot * (j+frandom())/nsamps;
426 +                                                        /* extinction */
427 +                        re = t*colval(r->cext,RED);
428 +                        ge = t*colval(r->cext,GRN);
429 +                        be = t*colval(r->cext,BLU);
430 +                        setcolor(cvext, re > 92. ? 0. : exp(-re),
431 +                                        ge > 92. ? 0. : exp(-ge),
432 +                                        be > 92. ? 0. : exp(-be));
433 +                        if (intens(cvext) <= FTINY)
434 +                                break;                  /* too far away */
435 +                        sr.rorg[0] = r->rorg[0] + r->rdir[0]*t;
436 +                        sr.rorg[1] = r->rorg[1] + r->rdir[1]*t;
437 +                        sr.rorg[2] = r->rorg[2] + r->rdir[2]*t;
438 +                        sr.rmax = 0.;
439 +                        initsrcindex(&si);      /* sample ray to this source */
440 +                        si.sn = r->slights[i];
441 +                        nopart(&si, &sr);
442 +                        if (!srcray(&sr, NULL, &si) ||
443 +                                        sr.rsrc != r->slights[i])
444 +                                continue;               /* no path */
445 +                        copycolor(sr.cext, r->cext);
446 +                        copycolor(sr.albedo, r->albedo);
447 +                        sr.gecc = r->gecc;
448 +                        sr.slights = r->slights;
449 +                        rayvalue(&sr);                  /* eval. source ray */
450 +                        if (bright(sr.rcol) <= FTINY)
451 +                                continue;
452 +                        if (r->gecc <= FTINY)           /* compute P(theta) */
453 +                                d = 1.;
454 +                        else {
455 +                                d = DOT(r->rdir, sr.rdir);
456 +                                d = 1. + r->gecc*r->gecc - 2.*r->gecc*d;
457 +                                d = (1. - r->gecc*r->gecc) / (d*sqrt(d));
458 +                        }
459 +                                                        /* other factors */
460 +                        d *= si.dom * r->rot / (4.*PI*nsamps);
461 +                        multcolor(sr.rcol, r->cext);
462 +                        multcolor(sr.rcol, r->albedo);
463 +                        scalecolor(sr.rcol, d);
464 +                        multcolor(sr.rcol, cvext);
465 +                        addcolor(r->rcol, sr.rcol);     /* add it in */
466 +                }
467 +        }
468 +        samplendx = oldsampndx;
469 + }
470 +
471 +
472 + /****************************************************************
473 + * The following macros were separated from the m_light() routine
474 + * because they are very nasty and difficult to understand.
475 + */
476 +
477 + /* illumblock *
478 + *
479 + * We cannot allow an illum to pass to another illum, because that
480 + * would almost certainly constitute overcounting.
481 + * However, we do allow an illum to pass to another illum
482 + * that is actually going to relay to a virtual light source.
483 + * We also prevent an illum from passing to a glow; this provides a
484 + * convenient mechanism for defining detailed light source
485 + * geometry behind (or inside) an effective radiator.
486 + */
487 +
488 + static int weaksrcmod(obj) int obj;     /* efficiency booster function */
489 + {register OBJREC *o = objptr(obj);
490 + return(o->otype==MAT_ILLUM|o->otype==MAT_GLOW);}
491 +
492 + #define  illumblock(m, r)       (!(source[r->rsrc].sflags&SVIRTUAL) && \
493 +                                r->rod > 0.0 && \
494 +                                weaksrcmod(source[r->rsrc].so->omod))
495 +
496 + /* wrongsource *
497 + *
498 + * This source is the wrong source (ie. overcounted) if we are
499 + * aimed to a different source than the one we hit and the one
500 + * we hit is not an illum that should be passed.
501 + */
502 +
503 + #define  wrongsource(m, r)      (r->rsrc>=0 && source[r->rsrc].so!=r->ro && \
504 +                                (m->otype!=MAT_ILLUM || illumblock(m,r)))
505 +
506 + /* distglow *
507 + *
508 + * A distant glow is an object that sometimes acts as a light source,
509 + * but is too far away from the test point to be one in this case.
510 + * (Glows with negative radii should NEVER participate in illumination.)
511 + */
512 +
513 + #define  distglow(m, r, d)      (m->otype==MAT_GLOW && \
514 +                                m->oargs.farg[3] >= -FTINY && \
515 +                                d > m->oargs.farg[3])
516 +
517 + /* badcomponent *
518 + *
519 + * We must avoid counting light sources in the ambient calculation,
520 + * since the direct component is handled separately.  Therefore, any
521 + * ambient ray which hits an active light source must be discarded.
522 + * The same is true for stray specular samples, since the specular
523 + * contribution from light sources is calculated separately.
524 + */
525 +
526 + #define  badcomponent(m, r)     (r->crtype&(AMBIENT|SPECULAR) && \
527 +                                !(r->crtype&SHADOW || r->rod < 0.0 || \
528 +                /* not 100% correct */  distglow(m, r, r->rot)))
529 +
530 + /* passillum *
531 + *
532 + * An illum passes to another material type when we didn't hit it
533 + * on purpose (as part of a direct calculation), or it is relaying
534 + * a virtual light source.
535 + */
536 +
537 + #define  passillum(m, r)        (m->otype==MAT_ILLUM && \
538 +                                (r->rsrc<0 || source[r->rsrc].so!=r->ro || \
539 +                                source[r->rsrc].sflags&SVIRTUAL))
540 +
541 + /* srcignore *
542 + *
543 + * The -dv flag is normally on for sources to be visible.
544 + */
545 +
546 + #define  srcignore(m, r)        !(directvis || r->crtype&SHADOW || \
547 +                                distglow(m, r, raydist(r,PRIMARY)))
548 +
549 +
550 + int
551 + m_light(m, r)                   /* ray hit a light source */
552 + register OBJREC  *m;
553 + register RAY  *r;
554 + {
555 +                                                /* check for over-counting */
556 +        if (badcomponent(m, r))
557 +                return(1);
558 +        if (wrongsource(m, r))
559 +                return(1);
560 +                                                /* check for passed illum */
561 +        if (passillum(m, r)) {
562 +                if (m->oargs.nsargs && strcmp(m->oargs.sarg[0], VOIDID))
563 +                        return(rayshade(r,lastmod(objndx(m),m->oargs.sarg[0])));
564 +                raytrans(r);
565 +                return(1);
566 +        }
567 +                                        /* otherwise treat as source */
568 +                                                /* check for behind */
569 +        if (r->rod < 0.0)
570 +                return(1);
571 +                                                /* check for invisibility */
572 +        if (srcignore(m, r))
573 +                return(1);
574 +                                                /* check for outside spot */
575 +        if (m->otype==MAT_SPOT && spotout(r, makespot(m)))
576 +                return(1);
577 +                                                /* get distribution pattern */
578 +        raytexture(r, m->omod);
579 +                                                /* get source color */
580 +        setcolor(r->rcol, m->oargs.farg[0],
581 +                          m->oargs.farg[1],
582 +                          m->oargs.farg[2]);
583 +                                                /* modify value */
584 +        multcolor(r->rcol, r->pcol);
585 +        return(1);
586   }

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