home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Stars of Shareware: Raytrace & Morphing / SOS-RAYTRACE.ISO / programm / source / radsrc22 / src / rt / virtuals.c < prev    next >
Encoding:
C/C++ Source or Header  |  1992-05-23  |  11.3 KB  |  430 lines
  1. /* Copyright (c) 1991 Regents of the University of California */
  2.  
  3. #ifndef lint
  4. static char SCCSid[] = "@(#)virtuals.c 2.2 5/23/92 LBL";
  5. #endif
  6.  
  7. /*
  8.  * Routines for simulating virtual light sources
  9.  *    Thus far, we only support planar mirrors.
  10.  */
  11.  
  12. #include  "ray.h"
  13.  
  14. #include  "octree.h"
  15.  
  16. #include  "otypes.h"
  17.  
  18. #include  "source.h"
  19.  
  20. #include  "random.h"
  21.  
  22. #define  MINSAMPLES    16        /* minimum number of pretest samples */
  23. #define  STESTMAX    32        /* maximum seeks per sample */
  24.  
  25.  
  26. double  getdisk();
  27.  
  28. static OBJECT  *vobject;        /* virtual source objects */
  29. static int  nvobjects = 0;        /* number of virtual source objects */
  30.  
  31.  
  32. markvirtuals()            /* find and mark virtual sources */
  33. {
  34.     register OBJREC  *o;
  35.     register int  i;
  36.                     /* check number of direct relays */
  37.     if (directrelay <= 0)
  38.         return;
  39.                     /* find virtual source objects */
  40.     for (i = 0; i < nobjects; i++) {
  41.         o = objptr(i);
  42.         if (!issurface(o->otype) || o->omod == OVOID)
  43.             continue;
  44.         if (!isvlight(vsmaterial(o)->otype))
  45.             continue;
  46.         if (sfun[o->otype].of == NULL ||
  47.                 sfun[o->otype].of->getpleq == NULL) {
  48.             objerror(o,WARNING,"secondary sources not supported");
  49.             continue;
  50.         }
  51.         if (nvobjects == 0)
  52.             vobject = (OBJECT *)malloc(sizeof(OBJECT));
  53.         else
  54.             vobject = (OBJECT *)realloc((char *)vobject,
  55.                 (unsigned)(nvobjects+1)*sizeof(OBJECT));
  56.         if (vobject == NULL)
  57.             error(SYSTEM, "out of memory in addvirtuals");
  58.         vobject[nvobjects++] = i;
  59.     }
  60.     if (nvobjects == 0)
  61.         return;
  62. #ifdef DEBUG
  63.     fprintf(stderr, "found %d virtual source objects\n", nvobjects);
  64. #endif
  65.                     /* append virtual sources */
  66.     for (i = nsources; i-- > 0; )
  67.         addvirtuals(i, directrelay);
  68.                     /* done with our object list */
  69.     free((char *)vobject);
  70.     nvobjects = 0;
  71. }
  72.  
  73.  
  74. addvirtuals(sn, nr)        /* add virtuals associated with source */
  75. int  sn;
  76. int  nr;
  77. {
  78.     register int  i;
  79.                 /* check relay limit first */
  80.     if (nr <= 0)
  81.         return;
  82.     if (source[sn].sflags & SSKIP)
  83.         return;
  84.                 /* check each virtual object for projection */
  85.     for (i = 0; i < nvobjects; i++)
  86.                     /* vproject() calls us recursively */
  87.         vproject(objptr(vobject[i]), sn, nr-1);
  88. }
  89.  
  90.  
  91. vproject(o, sn, n)        /* create projected source(s) if they exist */
  92. OBJREC  *o;
  93. int  sn;
  94. int  n;
  95. {
  96.     register int  i;
  97.     register VSMATERIAL  *vsmat;
  98.     MAT4  proj;
  99.     int  ns;
  100.  
  101.     if (o == source[sn].so)    /* objects cannot project themselves */
  102.         return;
  103.                 /* get virtual source material */
  104.     vsmat = sfun[vsmaterial(o)->otype].mf;
  105.                 /* project virtual sources */
  106.     for (i = 0; i < vsmat->nproj; i++)
  107.         if ((*vsmat->vproj)(proj, o, &source[sn], i))
  108.             if ((ns = makevsrc(o, sn, proj)) >= 0) {
  109.                 source[ns].sa.sv.pn = i;
  110. #ifdef DEBUG
  111.                 virtverb(ns, stderr);
  112. #endif
  113.                 addvirtuals(ns, n);
  114.             }
  115. }
  116.  
  117.  
  118. OBJREC *
  119. vsmaterial(o)            /* get virtual source material pointer */
  120. OBJREC  *o;
  121. {
  122.     register int  i;
  123.     register OBJREC  *m;
  124.  
  125.     i = o->omod;
  126.     m = objptr(i);
  127.     if (m->otype != MAT_ILLUM || m->oargs.nsargs < 1 ||
  128.             !strcmp(m->oargs.sarg[0], VOIDID) ||
  129.             (i = modifier(m->oargs.sarg[0])) == OVOID)
  130.         return(m);        /* direct modifier */
  131.     return(objptr(i));        /* illum alternate */
  132. }
  133.  
  134.  
  135. int
  136. makevsrc(op, sn, pm)        /* make virtual source if reasonable */
  137. OBJREC  *op;
  138. register int  sn;
  139. MAT4  pm;
  140. {
  141.     FVECT  nsloc, nsnorm, ocent, v;
  142.     double  maxrad2, d;
  143.     int  nsflags;
  144.     SPOT  theirspot, ourspot;
  145.     register int  i;
  146.  
  147.     nsflags = source[sn].sflags | (SVIRTUAL|SSPOT|SFOLLOW);
  148.                     /* get object center and max. radius */
  149.     maxrad2 = getdisk(ocent, op, sn);
  150.     if (maxrad2 <= FTINY)            /* too small? */
  151.         return(-1);
  152.                     /* get location and spot */
  153.     if (source[sn].sflags & SDISTANT) {        /* distant source */
  154.         if (source[sn].sflags & SPROX)
  155.             return(-1);        /* should never get here! */
  156.         multv3(nsloc, source[sn].sloc, pm);
  157.         normalize(nsloc);
  158.         VCOPY(ourspot.aim, ocent);
  159.         ourspot.siz = PI*maxrad2;
  160.         ourspot.flen = 0.;
  161.         if (source[sn].sflags & SSPOT) {
  162.             multp3(theirspot.aim, source[sn].sl.s->aim, pm);
  163.                         /* adjust for source size */
  164.             d = sqrt(dist2(ourspot.aim, theirspot.aim));
  165.             d = sqrt(source[sn].sl.s->siz/PI) + d*source[sn].srad;
  166.             theirspot.siz = PI*d*d;
  167.             ourspot.flen = theirspot.flen = source[sn].sl.s->flen;
  168.             d = ourspot.siz;
  169.             if (!commonbeam(&ourspot, &theirspot, nsloc))
  170.                 return(-1);    /* no overlap */
  171.             if (ourspot.siz < d-FTINY) {    /* it shrunk */
  172.                 d = beamdisk(v, op, &ourspot, nsloc);
  173.                 if (d <= FTINY)
  174.                     return(-1);
  175.                 if (d < maxrad2) {
  176.                     maxrad2 = d;
  177.                     VCOPY(ocent, v);
  178.                 }
  179.             }
  180.         }
  181.     } else {                /* local source */
  182.         multp3(nsloc, source[sn].sloc, pm);
  183.         for (i = 0; i < 3; i++)
  184.             ourspot.aim[i] = ocent[i] - nsloc[i];
  185.         if ((d = normalize(ourspot.aim)) == 0.)
  186.             return(-1);        /* at source!! */
  187.         if (source[sn].sflags & SPROX && d > source[sn].sl.prox)
  188.             return(-1);        /* too far away */
  189.         ourspot.flen = 0.;
  190.                         /* adjust for source size */
  191.         d = (sqrt(maxrad2) + source[sn].srad) / d;
  192.         if (d < 1.-FTINY)
  193.             ourspot.siz = 2.*PI*(1. - sqrt(1.-d*d));
  194.         else
  195.             nsflags &= ~SSPOT;
  196.         if (source[sn].sflags & SSPOT) {
  197.             copystruct(&theirspot, source[sn].sl.s);
  198.             multv3(theirspot.aim, source[sn].sl.s->aim, pm);
  199.             normalize(theirspot.aim);
  200.             if (nsflags & SSPOT) {
  201.                 ourspot.flen = theirspot.flen;
  202.                 d = ourspot.siz;
  203.                 if (!commonspot(&ourspot, &theirspot, nsloc))
  204.                     return(-1);    /* no overlap */
  205.             } else {
  206.                 nsflags |= SSPOT;
  207.                 copystruct(&ourspot, &theirspot);
  208.                 d = 2.*ourspot.siz;
  209.             }
  210.             if (ourspot.siz < d-FTINY) {    /* it shrunk */
  211.                 d = spotdisk(v, op, &ourspot, nsloc);
  212.                 if (d <= FTINY)
  213.                     return(-1);
  214.                 if (d < maxrad2) {
  215.                     maxrad2 = d;
  216.                     VCOPY(ocent, v);
  217.                 }
  218.             }
  219.         }
  220.         if (source[sn].sflags & SFLAT) {    /* behind source? */
  221.             multv3(nsnorm, source[sn].snorm, pm);
  222.             normalize(nsnorm);
  223.             if (nsflags & SSPOT && !checkspot(&ourspot, nsnorm))
  224.                 return(-1);
  225.         }
  226.     }
  227.                     /* pretest visibility */
  228.     nsflags = vstestvis(nsflags, op, ocent, maxrad2, sn);
  229.     if (nsflags & SSKIP)
  230.         return(-1);    /* obstructed */
  231.                     /* it all checks out, so make it */
  232.     if ((i = newsource()) < 0)
  233.         goto memerr;
  234.     source[i].sflags = nsflags;
  235.     VCOPY(source[i].sloc, nsloc);
  236.     multv3(source[i].ss[SU], source[sn].ss[SU], pm);
  237.     multv3(source[i].ss[SV], source[sn].ss[SV], pm);
  238.     if (nsflags & SFLAT)
  239.         VCOPY(source[i].snorm, nsnorm);
  240.     else
  241.         multv3(source[i].ss[SW], source[sn].ss[SW], pm);
  242.     source[i].srad = source[sn].srad;
  243.     source[i].ss2 = source[sn].ss2;
  244.     if (nsflags & SSPOT) {
  245.         if ((source[i].sl.s = (SPOT *)malloc(sizeof(SPOT))) == NULL)
  246.             goto memerr;
  247.         copystruct(source[i].sl.s, &ourspot);
  248.     }
  249.     if (nsflags & SPROX)
  250.         source[i].sl.prox = source[sn].sl.prox;
  251.     source[i].sa.sv.sn = sn;
  252.     source[i].so = op;
  253.     return(i);
  254. memerr:
  255.     error(SYSTEM, "out of memory in makevsrc");
  256. }
  257.  
  258.  
  259. double
  260. getdisk(oc, op, sn)        /* get visible object disk */
  261. FVECT  oc;
  262. OBJREC  *op;
  263. register int  sn;
  264. {
  265.     double  rad2, roffs, offs, d, rd, rdoto;
  266.     FVECT  rnrm, nrm;
  267.                 /* first, use object getdisk function */
  268.     rad2 = getmaxdisk(oc, op);
  269.     if (!(source[sn].sflags & SVIRTUAL))
  270.         return(rad2);        /* all done for normal source */
  271.                 /* check for correct side of relay surface */
  272.     roffs = getplaneq(rnrm, source[sn].so);
  273.     rd = DOT(rnrm, source[sn].sloc);    /* source projection */
  274.     if (!(source[sn].sflags & SDISTANT))
  275.         rd -= roffs;
  276.     d = DOT(rnrm, oc) - roffs;    /* disk distance to relay plane */
  277.     if ((d > 0.) ^ (rd > 0.))
  278.         return(rad2);        /* OK if opposite sides */
  279.     if (d*d >= rad2)
  280.         return(0.);        /* no relay is possible */
  281.                 /* we need a closer look */
  282.     offs = getplaneq(nrm, op);
  283.     rdoto = DOT(rnrm, nrm);
  284.     if (d*d >= rad2*(1.-rdoto*rdoto))
  285.         return(0.);        /* disk entirely on projection side */
  286.                 /* should shrink disk but I'm lazy */
  287.     return(rad2);
  288. }
  289.  
  290.  
  291. int
  292. vstestvis(f, o, oc, or2, sn)        /* pretest source visibility */
  293. int  f;            /* virtual source flags */
  294. OBJREC  *o;        /* relay object */
  295. FVECT  oc;        /* relay object center */
  296. double  or2;        /* relay object radius squared */
  297. register int  sn;    /* target source number */
  298. {
  299.     RAY  sr;
  300.     FVECT  onorm;
  301.     FVECT  offsdir;
  302.     SRCINDEX  si;
  303.     double  or, d;
  304.     int  infront;
  305.     int  stestlim, ssn;
  306.     int  nhit, nok;
  307.     register int  i, n;
  308.                 /* return if pretesting disabled */
  309.     if (vspretest <= 0)
  310.         return(f);
  311.                 /* get surface normal */
  312.     getplaneq(onorm, o);
  313.                 /* set number of rays to sample */
  314.     if (source[sn].sflags & SDISTANT) {
  315.                     /* 32. == heuristic constant */
  316.         n = 32.*or2/(thescene.cusize*thescene.cusize)*vspretest + .5;
  317.         infront = DOT(onorm, source[sn].sloc) > 0.;
  318.     } else {
  319.         for (i = 0; i < 3; i++)
  320.             offsdir[i] = source[sn].sloc[i] - oc[i];
  321.         d = DOT(offsdir,offsdir);
  322.         if (d <= FTINY)
  323.             n = 2.*PI * vspretest + .5;
  324.         else
  325.             n = 2.*PI * (1.-sqrt(1./(1.+or2/d)))*vspretest + .5;
  326.         infront = DOT(onorm, offsdir) > 0.;
  327.     }
  328.     if (n < MINSAMPLES) n = MINSAMPLES;
  329. #ifdef DEBUG
  330.     fprintf(stderr, "pretesting source %d in object %s with %d rays\n",
  331.             sn, o->oname, n);
  332. #endif
  333.                 /* sample */
  334.     or = sqrt(or2);
  335.     stestlim = n*STESTMAX;
  336.     ssn = 0;
  337.     nhit = nok = 0;
  338.     while (n-- > 0) {
  339.                     /* get sample point */
  340.         do {
  341.             if (ssn >= stestlim) {
  342. #ifdef DEBUG
  343.                 fprintf(stderr, "\ttoo hard to hit\n");
  344. #endif
  345.                 return(f);    /* too small a target! */
  346.             }
  347.             multisamp(offsdir, 3, urand(sn*931+5827+ssn));
  348.             for (i = 0; i < 3; i++)
  349.                 offsdir[i] = or*(1. - 2.*offsdir[i]);
  350.             ssn++;
  351.             for (i = 0; i < 3; i++)
  352.                 sr.rorg[i] = oc[i] + offsdir[i];
  353.             d = DOT(offsdir,onorm);
  354.             if (infront)
  355.                 for (i = 0; i < 3; i++) {
  356.                     sr.rorg[i] -= (d-.0001)*onorm[i];
  357.                     sr.rdir[i] = -onorm[i];
  358.                 }
  359.             else
  360.                 for (i = 0; i < 3; i++) {
  361.                     sr.rorg[i] -= (d+.0001)*onorm[i];
  362.                     sr.rdir[i] = onorm[i];
  363.                 }
  364.             rayorigin(&sr, NULL, PRIMARY, 1.0);
  365.         } while (!(*ofun[o->otype].funp)(o, &sr));
  366.                     /* check against source */
  367.         initsrcindex(&si);
  368.         si.sn = sn;
  369.         nopart(&si, &sr);
  370.         samplendx++;
  371.         if (!srcray(&sr, NULL, &si) || sr.rsrc != sn)
  372.             continue;
  373.         sr.revf = srcvalue;
  374.         rayvalue(&sr);
  375.         if (bright(sr.rcol) <= FTINY)
  376.             continue;
  377.         nok++;
  378.                     /* check against obstructions */
  379.         rayclear(&sr);
  380.         sr.revf = raytrace;
  381.         rayvalue(&sr);
  382.         if (bright(sr.rcol) > FTINY)
  383.             nhit++;
  384.         if (nhit > 0 && nhit < nok) {
  385. #ifdef DEBUG
  386.             fprintf(stderr, "\tpartially occluded\n");
  387. #endif
  388.             return(f);        /* need to shadow test */
  389.         }
  390.     }
  391.     if (nhit == 0) {
  392. #ifdef DEBUG
  393.         fprintf(stderr, "\t0%% hit rate\n");
  394. #endif
  395.         return(f | SSKIP);    /* 0% hit rate:  totally occluded */
  396.     }
  397. #ifdef DEBUG
  398.     fprintf(stderr, "\t100%% hit rate\n");
  399. #endif
  400.     return(f & ~SFOLLOW);        /* 100% hit rate:  no occlusion */
  401. }
  402.     
  403.  
  404. #ifdef DEBUG
  405. virtverb(sn, fp)    /* print verbose description of virtual source */
  406. register int  sn;
  407. FILE  *fp;
  408. {
  409.     register int  i;
  410.  
  411.     fprintf(fp, "%s virtual source %d in %s %s\n",
  412.             source[sn].sflags & SDISTANT ? "distant" : "local",
  413.             sn, ofun[source[sn].so->otype].funame,
  414.             source[sn].so->oname);
  415.     fprintf(fp, "\tat (%f,%f,%f)\n",
  416.         source[sn].sloc[0], source[sn].sloc[1], source[sn].sloc[2]);
  417.     fprintf(fp, "\tlinked to source %d (%s)\n",
  418.         source[sn].sa.sv.sn, source[source[sn].sa.sv.sn].so->oname);
  419.     if (source[sn].sflags & SFOLLOW)
  420.         fprintf(fp, "\talways followed\n");
  421.     else
  422.         fprintf(fp, "\tnever followed\n");
  423.     if (!(source[sn].sflags & SSPOT))
  424.         return;
  425.     fprintf(fp, "\twith spot aim (%f,%f,%f) and size %f\n",
  426.             source[sn].sl.s->aim[0], source[sn].sl.s->aim[1],
  427.             source[sn].sl.s->aim[2], source[sn].sl.s->siz);
  428. }
  429. #endif
  430.