intern/cycles/kernel/closure/bsdf_ashikhmin_velvet.h

   1 /*
   2  * Adapted from Open Shading Language with this license:
   3  *
   4  * Copyright (c) 2009-2010 Sony Pictures Imageworks Inc., et al.
   5  * All Rights Reserved.
   6  *
   7  * Modifications Copyright 2011, Blender Foundation.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions are
  11  * met:
  12  * * Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *   notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  14  * * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  15  *   notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  16  *   documentation and/or other materials provided with the distribution.
  17  * * Neither the name of Sony Pictures Imageworks nor the names of its
  18  *   contributors may be used to endorse or promote products derived from
  19  *   this software without specific prior written permission.
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  21  * "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  22  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
  23  * A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
  24  * OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  25  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
  26  * LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  27  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  28  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  29  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
  30  * OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  31  */
  32
  33 #ifndef __BSDF_ASHIKHMIN_VELVET_H__
  34 #define __BSDF_ASHIKHMIN_VELVET_H__
  35
  36 CCL_NAMESPACE_BEGIN
  37
  38 typedef ccl_addr_space struct VelvetBsdf {
  39         SHADER_CLOSURE_BASE;
  40
  41         float sigma;
  42         float invsigma2;
  43 } VelvetBsdf;
  44
  45 ccl_device int bsdf_ashikhmin_velvet_setup(VelvetBsdf *bsdf)
  46 {
  47         float sigma = fmaxf(bsdf->sigma, 0.01f);
  48         bsdf->invsigma2 = 1.0f/(sigma * sigma);
  49
  50         bsdf->type = CLOSURE_BSDF_ASHIKHMIN_VELVET_ID;
  51
  52         return SD_BSDF|SD_BSDF_HAS_EVAL;
  53 }
  54
  55 ccl_device bool bsdf_ashikhmin_velvet_merge(const ShaderClosure *a, const ShaderClosure *b)
  56 {
  57         const VelvetBsdf *bsdf_a = (const VelvetBsdf*)a;
  58         const VelvetBsdf *bsdf_b = (const VelvetBsdf*)b;
  59
  60         return (isequal_float3(bsdf_a->N, bsdf_b->N)) &&
  61                (bsdf_a->sigma == bsdf_b->sigma);
  62 }
  63
  64 ccl_device float3 bsdf_ashikhmin_velvet_eval_reflect(const ShaderClosure *sc, const float3 I, const float3 omega_in, float *pdf)
  65 {
  66         const VelvetBsdf *bsdf = (const VelvetBsdf*)sc;
  67         float m_invsigma2 = bsdf->invsigma2;
  68         float3 N = bsdf->N;
  69
  70         float cosNO = dot(N, I);
  71         float cosNI = dot(N, omega_in);
  72         if(cosNO > 0 && cosNI > 0) {
  73                 float3 H = normalize(omega_in + I);
  74
  75                 float cosNH = dot(N, H);
  76                 float cosHO = fabsf(dot(I, H));
  77
  78                 if(!(fabsf(cosNH) < 1.0f-1e-5f && cosHO > 1e-5f))
  79                         return make_float3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
  80
  81                 float cosNHdivHO = cosNH / cosHO;
  82                 cosNHdivHO = fmaxf(cosNHdivHO, 1e-5f);
  83
  84                 float fac1 = 2 * fabsf(cosNHdivHO * cosNO);
  85                 float fac2 = 2 * fabsf(cosNHdivHO * cosNI);
  86
  87                 float sinNH2 = 1 - cosNH * cosNH;
  88                 float sinNH4 = sinNH2 * sinNH2;
  89                 float cotangent2 = (cosNH * cosNH) / sinNH2;
  90
  91                 float D = expf(-cotangent2 * m_invsigma2) * m_invsigma2 * M_1_PI_F / sinNH4;
  92                 float G = min(1.0f, min(fac1, fac2)); // TODO: derive G from D analytically
  93
  94                 float out = 0.25f * (D * G) / cosNO;
  95
  96                 *pdf = 0.5f * M_1_PI_F;
  97                 return make_float3(out, out, out);
  98         }
  99
 100         return make_float3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
 101 }
 102
 103 ccl_device float3 bsdf_ashikhmin_velvet_eval_transmit(const ShaderClosure *sc, const float3 I, const float3 omega_in, float *pdf)
 104 {
 105         return make_float3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
 106 }
 107
 108 ccl_device int bsdf_ashikhmin_velvet_sample(const ShaderClosure *sc, float3 Ng, float3 I, float3 dIdx, float3 dIdy, float randu, float randv, float3 *eval, float3 *omega_in, float3 *domega_in_dx, float3 *domega_in_dy, float *pdf)
 109 {
 110         const VelvetBsdf *bsdf = (const VelvetBsdf*)sc;
 111         float m_invsigma2 = bsdf->invsigma2;
 112         float3 N = bsdf->N;
 113
 114         // we are viewing the surface from above - send a ray out with uniform
 115         // distribution over the hemisphere
 116         sample_uniform_hemisphere(N, randu, randv, omega_in, pdf);
 117
 118         if(dot(Ng, *omega_in) > 0) {
 119                 float3 H = normalize(*omega_in + I);
 120
 121                 float cosNI = dot(N, *omega_in);
 122                 float cosNO = dot(N, I);
 123                 float cosNH = dot(N, H);
 124                 float cosHO = fabsf(dot(I, H));
 125
 126                 if(fabsf(cosNO) > 1e-5f && fabsf(cosNH) < 1.0f-1e-5f && cosHO > 1e-5f) {
 127                         float cosNHdivHO = cosNH / cosHO;
 128                         cosNHdivHO = fmaxf(cosNHdivHO, 1e-5f);
 129
 130                         float fac1 = 2 * fabsf(cosNHdivHO * cosNO);
 131                         float fac2 = 2 * fabsf(cosNHdivHO * cosNI);
 132
 133                         float sinNH2 = 1 - cosNH * cosNH;
 134                         float sinNH4 = sinNH2 * sinNH2;
 135                         float cotangent2 = (cosNH * cosNH) / sinNH2;
 136
 137                         float D = expf(-cotangent2 * m_invsigma2) * m_invsigma2 * M_1_PI_F / sinNH4;
 138                         float G = min(1.0f, min(fac1, fac2)); // TODO: derive G from D analytically
 139
 140                         float power = 0.25f * (D * G) / cosNO;
 141
 142                         *eval = make_float3(power, power, power);
 143
 144 #ifdef __RAY_DIFFERENTIALS__
 145                         // TODO: find a better approximation for the retroreflective bounce
 146                         *domega_in_dx = (2 * dot(N, dIdx)) * N - dIdx;
 147                         *domega_in_dy = (2 * dot(N, dIdy)) * N - dIdy;
 148 #endif
 149                 }
 150                 else
 151                         *pdf = 0.0f;
 152         }
 153         else
 154                 *pdf = 0.0f;
 155
 156         return LABEL_REFLECT|LABEL_DIFFUSE;
 157 }
 158
 159 CCL_NAMESPACE_END
 160
 161 #endif /* __BSDF_ASHIKHMIN_VELVET_H__ */
 162