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root/radiance/src/gen/gensky.c
(Generate patch)

Comparing src/gen/gensky.c (file contents):
Revision 1.4 by greg, Tue Mar 19 12:09:27 1991 UTC vs.
Revision 2.19 by gwlarson, Thu Apr 23 16:27:05 1998 UTC

# Line 1 | Line 1
1 < /* Copyright (c) 1986 Regents of the University of California */
1 > /* Copyright (c) 1992 Regents of the University of California */
2  
3   #ifndef lint
4   static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
# Line 17 | Line 17 | static char SCCSid[] = "$SunId$ LBL";
17  
18   #include  <math.h>
19  
20 + #include  <ctype.h>
21  
22 + #include  "color.h"
23 +
24   extern char  *strcpy(), *strcat(), *malloc();
25 < extern double  stadj(), sdec(), sazi(), salt();
25 > extern double  stadj(), sdec(), sazi(), salt(), tz2mer();
26  
27 < #define  PI             3.141592654
27 > #ifndef  PI
28 > #define  PI             3.14159265358979323846
29 > #endif
30  
31   #define  DOT(v1,v2)     (v1[0]*v2[0]+v1[1]*v2[1]+v1[2]*v2[2])
32  
33 + #define  S_CLEAR        1
34 + #define  S_OVER         2
35 + #define  S_UNIF         3
36 + #define  S_INTER        4
37 +
38 + #define  overcast       (skytype==S_OVER|skytype==S_UNIF)
39 +
40   double  normsc();
41                                          /* sun calculation constants */
42   extern double  s_latitude;
43   extern double  s_longitude;
44   extern double  s_meridian;
45 +
46 + #undef  toupper
47 + #define  toupper(c)     ((c) & ~0x20)   /* ASCII trick to convert case */
48 +
49 +                                        /* European and North American zones */
50 + struct {
51 +        char    zname[8];       /* time zone name (all caps) */
52 +        float   zmer;           /* standard meridian */
53 + } tzone[] = {
54 +        "YST", 135, "YDT", 120,
55 +        "PST", 120, "PDT", 105,
56 +        "MST", 105, "MDT", 90,
57 +        "CST", 90, "CDT", 75,
58 +        "EST", 75, "EDT", 60,
59 +        "AST", 60, "ADT", 45,
60 +        "NST", 52.5, "NDT", 37.5,
61 +        "GMT", 0, "BST", -15,
62 +        "CET", -15, "CEST", -30,
63 +        "EET", -30, "EEST", -45,
64 +        "AST", -45, "ADT", -60,
65 +        "GST", -60, "GDT", -75,
66 +        "IST", -82.5, "IDT", -97.5,
67 +        "JST", -135, "NDT", -150,
68 +        "NZST", -180, "NZDT", -195,
69 +        "", 0
70 + };
71                                          /* required values */
72 < int  month, day;
73 < double  hour;
72 > int  month, day;                                /* date */
73 > double  hour;                                   /* time */
74 > int  tsolar;                                    /* 0=standard, 1=solar */
75 > double  altitude, azimuth;                      /* or solar angles */
76                                          /* default values */
77 < int  cloudy = 0;
77 > int  skytype = S_CLEAR;                         /* sky type */
78   int  dosun = 1;
79 < double  zenithbr = -1.0;
79 > double  zenithbr = 0.0;
80 > int     u_zenith = 0;                           /* -1=irradiance, 1=radiance */
81   double  turbidity = 2.75;
82   double  gprefl = 0.2;
83                                          /* computed values */
84   double  sundir[3];
85   double  groundbr;
86   double  F2;
87 < double  solarbr;
87 > double  solarbr = 0.0;
88 > int     u_solar = 0;                            /* -1=irradiance, 1=radiance */
89  
90   char  *progname;
91   char  errmsg[128];
# Line 53 | Line 95 | main(argc, argv)
95   int  argc;
96   char  *argv[];
97   {
56 –        extern double  atof();
98          int  i;
99  
100          progname = argv[0];
# Line 63 | Line 104 | char  *argv[];
104          }
105          if (argc < 4)
106                  userror("arg count");
107 <        month = atoi(argv[1]);
108 <        day = atoi(argv[2]);
109 <        hour = atof(argv[3]);
107 >        if (!strcmp(argv[1], "-ang")) {
108 >                altitude = atof(argv[2]) * (PI/180);
109 >                azimuth = atof(argv[3]) * (PI/180);
110 >                month = 0;
111 >        } else {
112 >                month = atoi(argv[1]);
113 >                if (month < 1 || month > 12)
114 >                        userror("bad month");
115 >                day = atoi(argv[2]);
116 >                if (day < 1 || day > 31)
117 >                        userror("bad day");
118 >                cvthour(argv[3]);
119 >        }
120          for (i = 4; i < argc; i++)
121                  if (argv[i][0] == '-' || argv[i][0] == '+')
122                          switch (argv[i][1]) {
123                          case 's':
124 <                                cloudy = 0;
124 >                                skytype = S_CLEAR;
125                                  dosun = argv[i][0] == '+';
126                                  break;
127 +                        case 'r':
128 +                        case 'R':
129 +                                u_solar = argv[i][1]=='R' ? -1 : 1;
130 +                                solarbr = atof(argv[++i]);
131 +                                break;
132                          case 'c':
133 <                                cloudy = 1;
78 <                                dosun = 0;
133 >                                skytype = S_OVER;
134                                  break;
135 +                        case 'u':
136 +                                skytype = S_UNIF;
137 +                                break;
138 +                        case 'i':
139 +                                skytype = S_INTER;
140 +                                dosun = argv[i][0] == '+';
141 +                                break;
142                          case 't':
143                                  turbidity = atof(argv[++i]);
144                                  break;
145                          case 'b':
146 +                        case 'B':
147 +                                u_zenith = argv[i][1]=='B' ? -1 : 1;
148                                  zenithbr = atof(argv[++i]);
149                                  break;
150                          case 'g':
# Line 102 | Line 166 | char  *argv[];
166                  else
167                          userror("bad option");
168  
169 +        if (fabs(s_meridian-s_longitude) > 45*PI/180)
170 +                fprintf(stderr,
171 +        "%s: warning: %.1f hours btwn. standard meridian and longitude\n",
172 +                        progname, (s_longitude-s_meridian)*12/PI);
173 +
174          printhead(argc, argv);
175  
176          computesky();
177          printsky();
178 +
179 +        exit(0);
180   }
181  
182  
183   computesky()                    /* compute sky parameters */
184   {
185 <        int  jd;
115 <        double  sd, st;
116 <        double  altitude, azimuth;
185 >        double  normfactor;
186                                          /* compute solar direction */
187 <        jd = jdate(month, day);                 /* Julian date */
188 <        sd = sdec(jd);                          /* solar declination */
189 <        st = hour + stadj(jd);                  /* solar time */
190 <        altitude = salt(sd, st);
191 <        azimuth = sazi(sd, st);
187 >        if (month) {                    /* from date and time */
188 >                int  jd;
189 >                double  sd, st;
190 >
191 >                jd = jdate(month, day);         /* Julian date */
192 >                sd = sdec(jd);                  /* solar declination */
193 >                if (tsolar)                     /* solar time */
194 >                        st = hour;
195 >                else
196 >                        st = hour + stadj(jd);
197 >                altitude = salt(sd, st);
198 >                azimuth = sazi(sd, st);
199 >                printf("# Local solar time: %.2f\n", st);
200 >                printf("# Solar altitude and azimuth: %.1f %.1f\n",
201 >                                180./PI*altitude, 180./PI*azimuth);
202 >        }
203 >        if (!overcast && altitude > 87.*PI/180.) {
204 >                fprintf(stderr,
205 > "%s: warning - sun too close to zenith, reducing altitude to 87 degrees\n",
206 >                                progname);
207 >                printf(
208 > "# warning - sun too close to zenith, reducing altitude to 87 degrees\n");
209 >                altitude = 87.*PI/180.;
210 >        }
211          sundir[0] = -sin(azimuth)*cos(altitude);
212          sundir[1] = -cos(azimuth)*cos(altitude);
213          sundir[2] = sin(altitude);
214  
215 +                                        /* Compute normalization factor */
216 +        switch (skytype) {
217 +        case S_UNIF:
218 +                normfactor = 1.0;
219 +                break;
220 +        case S_OVER:
221 +                normfactor = 0.777778;
222 +                break;
223 +        case S_CLEAR:
224 +                F2 = 0.274*(0.91 + 10.0*exp(-3.0*(PI/2.0-altitude)) +
225 +                                0.45*sundir[2]*sundir[2]);
226 +                normfactor = normsc()/F2/PI;
227 +                break;
228 +        case S_INTER:
229 +                F2 = (2.739 + .9891*sin(.3119+2.6*altitude)) *
230 +                        exp(-(PI/2.0-altitude)*(.4441+1.48*altitude));
231 +                normfactor = normsc()/F2/PI;
232 +                break;
233 +        }
234                                          /* Compute zenith brightness */
235 <        if (zenithbr <= 0.0)
236 <                if (cloudy) {
235 >        if (u_zenith == -1)
236 >                zenithbr /= normfactor*PI;
237 >        else if (u_zenith == 0) {
238 >                if (overcast)
239                          zenithbr = 8.6*sundir[2] + .123;
240 <                        zenithbr *= 1000.0*.0064/3.;
132 <                } else {
240 >                else
241                          zenithbr = (1.376*turbidity-1.81)*tan(altitude)+0.38;
242 <                        zenithbr *= 1000.0*.0064/3.;
243 <                }
244 <        if (zenithbr < 0.0)
245 <                zenithbr = 0.0;
246 <                                        /* Compute horizontal radiance */
247 <        if (cloudy) {
140 <                groundbr = zenithbr*0.777778;
141 <                printf("# Ground ambient level: %f\n", groundbr);
142 <        } else {
143 <                F2 = 0.274*(0.91 + 10.0*exp(-3.0*(PI/2.0-altitude)) +
144 <                                0.45*sundir[2]*sundir[2]);
145 <                groundbr = zenithbr*normsc(PI/2.0-altitude)/F2/PI;
146 <                printf("# Ground ambient level: %f\n", groundbr);
147 <                if (sundir[2] > 0.0) {
148 <                        if (sundir[2] > .16)
149 <                                solarbr = 2.47e6 - 3.15e5/sundir[2];
150 <                        else
151 <                                solarbr = 5e5;
152 <                        groundbr += solarbr*6e-5*sundir[2]/PI;
153 <                } else
154 <                        dosun = 0;
242 >                if (skytype == S_INTER)
243 >                        zenithbr = (zenithbr + 8.6*sundir[2] + .123)/2.0;
244 >                if (zenithbr < 0.0)
245 >                        zenithbr = 0.0;
246 >                else
247 >                        zenithbr *= 1000.0/SKYEFFICACY;
248          }
249 +                                        /* Compute horizontal radiance */
250 +        groundbr = zenithbr*normfactor;
251 +        printf("# Ground ambient level: %.1f\n", groundbr);
252 +        if (!overcast && sundir[2] > 0.0 && (!u_solar || solarbr > 0.0)) {
253 +                if (u_solar == -1)
254 +                        solarbr /= 6e-5*sundir[2];
255 +                else if (u_solar == 0) {
256 +                        solarbr = 1.5e9/SUNEFFICACY *
257 +                        (1.147 - .147/(sundir[2]>.16?sundir[2]:.16));
258 +                        if (skytype == S_INTER)
259 +                                solarbr *= 0.15;        /* fudge factor! */
260 +                }
261 +                groundbr += 6e-5/PI*solarbr*sundir[2];
262 +        } else
263 +                dosun = 0;
264          groundbr *= gprefl;
265   }
266  
# Line 162 | Line 270 | printsky()                     /* print out sky */
270          if (dosun) {
271                  printf("\nvoid light solar\n");
272                  printf("0\n0\n");
273 <                printf("3 %f %f %f\n", solarbr, solarbr, solarbr);
273 >                printf("3 %.2e %.2e %.2e\n", solarbr, solarbr, solarbr);
274                  printf("\nsolar source sun\n");
275                  printf("0\n0\n");
276                  printf("4 %f %f %f 0.5\n", sundir[0], sundir[1], sundir[2]);
277          }
278          
279          printf("\nvoid brightfunc skyfunc\n");
280 <        printf("2 skybright skybright.cal\n");
280 >        printf("2 skybr skybright.cal\n");
281          printf("0\n");
282 <        if (cloudy)
283 <                printf("3 1 %f %f\n", zenithbr, groundbr);
282 >        if (overcast)
283 >                printf("3 %d %.2e %.2e\n", skytype, zenithbr, groundbr);
284          else
285 <                printf("7 -1 %f %f %f %f %f %f\n", zenithbr, groundbr, F2,
285 >                printf("7 %d %.2e %.2e %.2e %f %f %f\n",
286 >                                skytype, zenithbr, groundbr, F2,
287                                  sundir[0], sundir[1], sundir[2]);
288   }
289  
290  
291   printdefaults()                 /* print default values */
292   {
293 <        if (cloudy)
293 >        switch (skytype) {
294 >        case S_OVER:
295                  printf("-c\t\t\t\t# Cloudy sky\n");
296 <        else if (dosun)
297 <                printf("+s\t\t\t\t# Sunny sky with sun\n");
298 <        else
299 <                printf("-s\t\t\t\t# Sunny sky without sun\n");
296 >                break;
297 >        case S_UNIF:
298 >                printf("-u\t\t\t\t# Uniform cloudy sky\n");
299 >                break;
300 >        case S_INTER:
301 >                if (dosun)
302 >                        printf("+i\t\t\t\t# Intermediate sky with sun\n");
303 >                else
304 >                        printf("-i\t\t\t\t# Intermediate sky without sun\n");
305 >                break;
306 >        case S_CLEAR:
307 >                if (dosun)
308 >                        printf("+s\t\t\t\t# Sunny sky with sun\n");
309 >                else
310 >                        printf("-s\t\t\t\t# Sunny sky without sun\n");
311 >                break;
312 >        }
313          printf("-g %f\t\t\t# Ground plane reflectance\n", gprefl);
314          if (zenithbr > 0.0)
315                  printf("-b %f\t\t\t# Zenith radiance (watts/ster/m2\n", zenithbr);
# Line 204 | Line 327 | char  *msg;
327          if (msg != NULL)
328                  fprintf(stderr, "%s: Use error - %s\n", progname, msg);
329          fprintf(stderr, "Usage: %s month day hour [options]\n", progname);
330 +        fprintf(stderr, "   Or: %s -ang altitude azimuth [options]\n", progname);
331          fprintf(stderr, "   Or: %s -defaults\n", progname);
332          exit(1);
333   }
334  
335  
336   double
337 < normsc(theta)                   /* compute normalization factor (E0*F2/L0) */
214 < double  theta;
337 > normsc()                        /* compute normalization factor (E0*F2/L0) */
338   {
339 <        static double  nf[5] = {2.766521, 0.547665,
340 <                                -0.369832, 0.009237, 0.059229};
339 >        static double  nfc[2][5] = {
340 >                                /* clear sky approx. */
341 >                {2.766521, 0.547665, -0.369832, 0.009237, 0.059229},
342 >                                /* intermediate sky approx. */
343 >                {3.5556, -2.7152, -1.3081, 1.0660, 0.60227},
344 >        };
345 >        register double  *nf;
346          double  x, nsc;
347          register int  i;
348                                          /* polynomial approximation */
349 <        x = (theta - PI/4.0)/(PI/4.0);
350 <        nsc = nf[4];
351 <        for (i = 3; i >= 0; i--)
349 >        nf = nfc[skytype==S_INTER];
350 >        x = (altitude - PI/4.0)/(PI/4.0);
351 >        nsc = nf[i=4];
352 >        while (i--)
353                  nsc = nsc*x + nf[i];
354  
355          return(nsc);
356 + }
357 +
358 +
359 + cvthour(hs)                     /* convert hour string */
360 + char  *hs;
361 + {
362 +        register char  *cp = hs;
363 +        register int    i, j;
364 +
365 +        if (tsolar = *cp == '+') cp++;          /* solar time? */
366 +        while (isdigit(*cp)) cp++;
367 +        if (*cp == ':')
368 +                hour = atoi(hs) + atoi(++cp)/60.0;
369 +        else {
370 +                hour = atof(hs);
371 +                if (*cp == '.') cp++;
372 +        }
373 +        while (isdigit(*cp)) cp++;
374 +        if (!*cp)
375 +                return;
376 +        if (tsolar || !isalpha(*cp)) {
377 +                fprintf(stderr, "%s: bad time format: %s\n", progname, hs);
378 +                exit(1);
379 +        }
380 +        i = 0;
381 +        do {
382 +                for (j = 0; cp[j]; j++)
383 +                        if (toupper(cp[j]) != tzone[i].zname[j])
384 +                                break;
385 +                if (!cp[j] && !tzone[i].zname[j]) {
386 +                        s_meridian = tzone[i].zmer * (PI/180);
387 +                        return;
388 +                }
389 +        } while (tzone[i++].zname[0]);
390 +
391 +        fprintf(stderr, "%s: unknown time zone: %s\n", progname, cp);
392 +        fprintf(stderr, "Known time zones:\n\t%s", tzone[0].zname);
393 +        for (i = 1; tzone[i].zname[0]; i++)
394 +                fprintf(stderr, " %s", tzone[i].zname);
395 +        putc('\n', stderr);
396 +        exit(1);
397   }
398  
399  

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