Vec3 PhotonMapRenderer::GlossyRay(const Vec3& w, float exponent, Random& rand)
{
real r1 = 2.f*(PI*rand.F32());
real r2 = rand.F32();
real cosTheta = powf(1.f-r2, 1.0f/(exponent+1.0f));
real sinTheta = sqrtf(1.0f - cosTheta*cosTheta);
real rx = cosf(r1) * sinTheta;
real ry = sinf(r1) * sinTheta;
real rz = cosTheta;
Vec3 u = ((fabs(w.x) > .1f ? Vec3(0.f, 1.f, 0.f) : Vec3(1.f, 0.f, 0.f)) ^ w).normalize(); // binormal
Vec3 v = w ^ u; // tangent
// ucosφsinθ + vsinφsinθ + wcosθ
return (u*rx + v*ry + w*rz).normalize();
}
void PhotonMapRenderer::TracePhoton(const Ray& r, const Vec3& power, PathInfo pathInfo, Random& rand)
{
// max refl
if (++pathInfo.depth > pPmConf_->maxPhotonBounce)
{
return;
}
HitRecord rec;
rec.hitLit = false;
if (!pScene_->Intersect(r, EPSILON, REAL_MAX, rec))
return;
Vec3 x = r.o + r.d * rec.t;
Vec3 n = rec.normal;
Vec3 nl = n.dot(r.d) < 0.f ? n : n*-1.f; // 交点の法線, 裏面ヒット考慮
Vec3 color = rec.color;
Refl_t refl = rec.pOldMaterial->refl;
// Ideal DIFFUSE reflection
if (refl == DIFF || refl == LIGHT) { // 光源表面はLambert面という事にしておく
pathInfo.diffuseDepth++;
bool direct = pathInfo.diffuseDepth == 1;
pPhotonMap_->store(power.e, x.e, r.d.e, direct, pathInfo.lightNo);
float ave_refl = (color.x + color.y + color.z) / 3.f;
if (rand.F32() < ave_refl)
{
// 法線となす角のcosに比例する分布で反射方向を決める
Vec3 d = Ray::CosRay(nl, rand);
// lambertのBRDFかけなくていいのか?
// cos分布でレイを発している(cosが掛けてある)
// / probability cos
// / lambert brdf PI
real ave_refl_inv = 1.0f / ave_refl;
Vec3 refPower = power.mult(color) * ave_refl_inv;
TracePhoton(Ray(x,d), refPower, pathInfo, rand);
}
//fprintf(stderr, "p (%f %f %f) (%f %f %f) (%f %f %f)\n", power[0], power[1], power[2], pos[0], pos[1], pos[2], dir[0], dir[1], dir[2]);
return;
}
// Ideal SPECULAR reflection
else if (refl == SPEC) {
pathInfo.specularDepth++;
Ray refl(x, r.d - n * 2.f * n.dot(r.d));
TracePhoton(refl, power, pathInfo, rand);
return;
}
else if (refl == PHONGMETAL) {
pathInfo.glossyDepth++;
Vec3 rdir = r.d - n * 2.f * n.dot(r.d); // reflected ray
Vec3 d = GlossyRay(rdir, 10, rand);
Vec3 mx = x + n*1e-4f;
TracePhoton(Ray(mx, d), power, pathInfo, rand);
return;
}
pathInfo.specularDepth++;
// Ideal dielectric REFRACTION
Ray reflRay(x, r.d - n * 2.f * n.dot(r.d));
bool into = n.dot(nl) > 0.f; // Ray from outside going in?
real airRefrIdx = 1.f;
real refrIdx = rec.pOldMaterial->refractiveIndex;
real nnt = into ? airRefrIdx/refrIdx : refrIdx/airRefrIdx;
real ddn = r.d.dot(nl); // レイと法線のcos
real cos2t;
// Total internal reflection
if ((cos2t = 1.f - nnt * nnt * (1.f - ddn * ddn)) < 0.f) {
TracePhoton(reflRay, power, pathInfo, rand);
return;
}
// 屈折方向
Vec3 tdir = (r.d * nnt - n * ((into ? 1.f : -1.f) * (ddn * nnt + sqrtf(cos2t)))).normalize();
real a = refrIdx - airRefrIdx;
real b = refrIdx + airRefrIdx;
real R0 = a * a / (b * b);
real c = 1.f - (into ? -ddn : tdir.dot(n));
real Re = R0 + (1.f - R0)*c*c*c*c*c;
real P = Re;
if (rand.F32() < P)
TracePhoton(reflRay, power, pathInfo, rand); // 反射
else
TracePhoton(Ray(x, tdir), power.mult(color), pathInfo, rand); // 屈折
return;
}
Vec3 PhotonMapRenderer::Irradiance(const Ray &r, PathInfo pathInfo, Random& rand)
{
// max refl
if (++pathInfo.depth > pPmRenConf_->maxRayBounce)
{
return Vec3();
}
HitRecord rec;
rec.hitLit = true;
if (!pScene_->Intersect(r, EPSILON, REAL_MAX, rec)) return pConf_->bgColor;
//const Shape& obj = *g_shapes[id]; // the hit object
Vec3 x = r.o + r.d * rec.t;
Vec3 n = rec.normal;
Vec3 nl = n.dot(r.d) < 0.f ? n : n * -1.f; // 交点の法線
Vec3 color = rec.color;
Refl_t refl = rec.pOldMaterial->refl;
// 0.5にしたらカラーが反射率になってるから暗くなるだけ。IDEALでない反射は扱えない。カラーと混ぜるとかもない。
// Ideal DIFFUSE reflection
if (refl == DIFF) {
pathInfo.diffuseDepth++;
Vec3 irrad;
//fprintf(stderr, "irrad %f %f %f\r", irrad[0], irrad[1], irrad[2]);
if (pPmRenConf_->finalGethering && pathInfo.diffuseDepth <= 1) {
for (u32 i=0; i<pPmRenConf_->nFinalGetheringRays; i++) {
real r1 = 2.f*(PI*rand.F32());
real r2 = rand.F32(); // => 1-cos^2θ = 1-sqrt(1-r_2)^2 = r_2
real r2s = sqrtf(r2); // => sinθ = sqrt(1-cos^2θ) = sqrt(r_2)
Vec3 w = nl; // normal
Vec3 u = ((fabs(w.x) > .1f ? Vec3(0.f, 1.f, 0.f) : Vec3(1.f, 0.f, 0.f)) ^ w).normalize(); // binormal
Vec3 v = w ^ u; // tangent
// ucosφsinθ + vsinφsinθ + wcosθ
Vec3 d = (u*cosf(r1)*r2s + v*sinf(r1)*r2s + w*sqrtf(1-r2)).normalize();
PathInfo pathInfo2(pathInfo);
irrad += Irradiance(Ray(x, d), pathInfo2, rand);// * nl.dot(d) / nl.dot(d);
// 入射方向と法線のcosθ掛けるのとimportance samplingしたので確率密度関数cosθで割るのとで
// 相殺するような。
}
irrad /= (float)pPmRenConf_->nFinalGetheringRays;
} else {
pPhotonMap_->irradiance_estimate(irrad.e, x.e, nl, pPmConf_->estimateDist, pPmConf_->nEstimatePhotons);
}
return Vec3(irrad.x * color.x, irrad.y * color.y, irrad.z * color.z);
}
else if (refl == SPEC) {
// Ideal SPECULAR reflection
return Irradiance(Ray(x,r.d-n*2.f*n.dot(r.d)), pathInfo, rand);
}
else if (refl == PHONGMETAL) {
// Imperfect SPECULAR reflection
// 指数的に追跡回数が増えるのを防ぐ
if (pathInfo.glossyDepth >= pPmRenConf_->nMaxGlossyBounce) {
// Ideal SPECULAR reflectionで近似
return Irradiance(Ray(x,r.d-n*2.f*n.dot(r.d)), pathInfo, rand);
}
pathInfo.glossyDepth++;
Vec3 irrad;
const u32 nSamples = pPmRenConf_->nGlossyRays;
for (u32 i = 0; i < nSamples; i++) {
Vec3 rdir = r.d - n * 2.f * n.dot(r.d); // reflected ray
rdir = GlossyRay(rdir, 10, rand);
Vec3 mx = x + n*1e-4f; // 自己ヒットしないようにちょっと浮かす
irrad += Irradiance(Ray(mx, rdir), pathInfo, rand);
}
return irrad / (float)nSamples;
}
else if (refl == REFR) {
// Ideal dielectric REFRACTION
Vec3 rdir = r.d - n * 2.f * n.dot(r.d);
//Vec3 mx = x + rdir * EPSILON; // 自己ヒット抑止にレイ始点をちょっと進めてみる
Ray reflRay(x, rdir);
bool into = n.dot(nl) > 0.f; // Ray from outside going in?
real airRefrIdx = 1.f;
real refrIdx = rec.pOldMaterial->refractiveIndex;
real nnt = into ? airRefrIdx/refrIdx : refrIdx/airRefrIdx;
real ddn = r.d.dot(nl); // レイと法線のcos
real cos2t;
// Total internal reflection
if ((cos2t = 1.f-nnt * nnt * (1.f - ddn * ddn)) < 0.f)
return Irradiance(reflRay, pathInfo, rand);
// 屈折方向
Vec3 tdir = (r.d * nnt - n * ((into ? 1.f : -1.f) * (ddn * nnt + sqrtf(cos2t)))).normalize();
//mx = x + rdir * EPSILON; // 自己ヒット抑止にレイ始点をちょっと進めてみる
real a = refrIdx - airRefrIdx;
real b = refrIdx + airRefrIdx;
real R0 = a * a / (b * b);
real c = 1.f - (into ? -ddn : tdir.dot(n));
real Re = R0 + (1.f - R0)*c*c*c*c*c;
// レイの運ぶ放射輝度は屈折率の異なる物体間を移動するとき、屈折率の比の2乗の分だけ変化する
// 屈折率が単位立体角あたりの値だから
real nnt2 = nnt * nnt;
real Tr = (1.f - Re) * nnt2;
// 反射屈折両方トレース
return Irradiance(reflRay, pathInfo, rand) * Re
+ Irradiance(Ray(x,tdir), pathInfo, rand).mult(color) * Tr;
}
// refl == LIGHT
return ((AreaLightShape*)rec.pShape)->SelfIrradiance();
}
