Cycles: better path termination for transparency.
[blender.git] / intern / cycles / kernel / closure / bsdf_toon.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_TOON_H__
34 #define __BSDF_TOON_H__
35
36 CCL_NAMESPACE_BEGIN
37
38 typedef ccl_addr_space struct ToonBsdf {
39         SHADER_CLOSURE_BASE;
40
41         float size;
42         float smooth;
43 } ToonBsdf;
44
45 /* DIFFUSE TOON */
46
47 ccl_device int bsdf_diffuse_toon_setup(ToonBsdf *bsdf)
48 {
49         bsdf->type = CLOSURE_BSDF_DIFFUSE_TOON_ID;
50         bsdf->size = saturate(bsdf->size);
51         bsdf->smooth = saturate(bsdf->smooth);
52
53         return SD_BSDF|SD_BSDF_HAS_EVAL;
54 }
55
56 ccl_device bool bsdf_toon_merge(const ShaderClosure *a, const ShaderClosure *b)
57 {
58         const ToonBsdf *bsdf_a = (const ToonBsdf*)a;
59         const ToonBsdf *bsdf_b = (const ToonBsdf*)b;
60
61         return (isequal_float3(bsdf_a->N, bsdf_b->N)) &&
62                (bsdf_a->size == bsdf_b->size) &&
63                    (bsdf_a->smooth == bsdf_b->smooth);
64 }
65
66 ccl_device float3 bsdf_toon_get_intensity(float max_angle, float smooth, float angle)
67 {
68         float is;
69
70         if(angle < max_angle)
71                 is = 1.0f;
72         else if(angle < (max_angle + smooth) && smooth != 0.0f)
73                 is = (1.0f - (angle - max_angle)/smooth);
74         else
75                 is = 0.0f;
76         
77         return make_float3(is, is, is);
78 }
79
80 ccl_device float bsdf_toon_get_sample_angle(float max_angle, float smooth)
81 {
82         return fminf(max_angle + smooth, M_PI_2_F);
83 }
84
85 ccl_device float3 bsdf_diffuse_toon_eval_reflect(const ShaderClosure *sc, const float3 I, const float3 omega_in, float *pdf)
86 {
87         const ToonBsdf *bsdf = (const ToonBsdf*)sc;
88         float max_angle = bsdf->size*M_PI_2_F;
89         float smooth = bsdf->smooth*M_PI_2_F;
90         float angle = safe_acosf(fmaxf(dot(bsdf->N, omega_in), 0.0f));
91
92         float3 eval = bsdf_toon_get_intensity(max_angle, smooth, angle);
93         
94         if(eval.x > 0.0f) {
95                 float sample_angle = bsdf_toon_get_sample_angle(max_angle, smooth);
96
97                 *pdf = 0.5f * M_1_PI_F / (1.0f - cosf(sample_angle));
98                 return *pdf * eval;
99         }
100
101         return make_float3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
102 }
103
104 ccl_device float3 bsdf_diffuse_toon_eval_transmit(const ShaderClosure *sc, const float3 I, const float3 omega_in, float *pdf)
105 {
106         return make_float3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
107 }
108
109 ccl_device int bsdf_diffuse_toon_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)
110 {
111         const ToonBsdf *bsdf = (const ToonBsdf*)sc;
112         float max_angle = bsdf->size*M_PI_2_F;
113         float smooth = bsdf->smooth*M_PI_2_F;
114         float sample_angle = bsdf_toon_get_sample_angle(max_angle, smooth);
115         float angle = sample_angle*randu;
116
117         if(sample_angle > 0.0f) {
118                 sample_uniform_cone(bsdf->N, sample_angle, randu, randv, omega_in, pdf);
119
120                 if(dot(Ng, *omega_in) > 0.0f) {
121                         *eval = *pdf * bsdf_toon_get_intensity(max_angle, smooth, angle);
122
123 #ifdef __RAY_DIFFERENTIALS__
124                         // TODO: find a better approximation for the bounce
125                         *domega_in_dx = (2.0f * dot(bsdf->N, dIdx)) * bsdf->N - dIdx;
126                         *domega_in_dy = (2.0f * dot(bsdf->N, dIdy)) * bsdf->N - dIdy;
127 #endif
128                 }
129                 else
130                         *pdf = 0.0f;
131         }
132
133         return LABEL_REFLECT | LABEL_DIFFUSE;
134
135 }
136
137 /* GLOSSY TOON */
138
139 ccl_device int bsdf_glossy_toon_setup(ToonBsdf *bsdf)
140 {
141         bsdf->type = CLOSURE_BSDF_GLOSSY_TOON_ID;
142         bsdf->size = saturate(bsdf->size);
143         bsdf->smooth = saturate(bsdf->smooth);
144
145         return SD_BSDF|SD_BSDF_HAS_EVAL;
146 }
147
148 ccl_device float3 bsdf_glossy_toon_eval_reflect(const ShaderClosure *sc, const float3 I, const float3 omega_in, float *pdf)
149 {
150         const ToonBsdf *bsdf = (const ToonBsdf*)sc;
151         float max_angle = bsdf->size*M_PI_2_F;
152         float smooth = bsdf->smooth*M_PI_2_F;
153         float cosNI = dot(bsdf->N, omega_in);
154         float cosNO = dot(bsdf->N, I);
155         
156         if(cosNI > 0 && cosNO > 0) {
157                 /* reflect the view vector */
158                 float3 R = (2 * cosNO) * bsdf->N - I;
159                 float cosRI = dot(R, omega_in);
160
161                 float angle = safe_acosf(fmaxf(cosRI, 0.0f));
162
163                 float3 eval = bsdf_toon_get_intensity(max_angle, smooth, angle);
164                 float sample_angle = bsdf_toon_get_sample_angle(max_angle, smooth);
165
166                 *pdf = 0.5f * M_1_PI_F / (1.0f - cosf(sample_angle));
167                 return *pdf * eval;
168         }
169         
170         return make_float3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
171 }
172
173 ccl_device float3 bsdf_glossy_toon_eval_transmit(const ShaderClosure *sc, const float3 I, const float3 omega_in, float *pdf)
174 {
175         return make_float3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
176 }
177
178 ccl_device int bsdf_glossy_toon_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)
179 {
180         const ToonBsdf *bsdf = (const ToonBsdf*)sc;
181         float max_angle = bsdf->size*M_PI_2_F;
182         float smooth = bsdf->smooth*M_PI_2_F;
183         float cosNO = dot(bsdf->N, I);
184         
185         if(cosNO > 0) {
186                 /* reflect the view vector */
187                 float3 R = (2 * cosNO) * bsdf->N - I;
188
189                 float sample_angle = bsdf_toon_get_sample_angle(max_angle, smooth);
190                 float angle = sample_angle*randu;
191
192                 sample_uniform_cone(R, sample_angle, randu, randv, omega_in, pdf);
193
194                 if(dot(Ng, *omega_in) > 0.0f) {
195                         float cosNI = dot(bsdf->N, *omega_in);
196
197                         /* make sure the direction we chose is still in the right hemisphere */
198                         if(cosNI > 0) {
199                                 *eval = *pdf * bsdf_toon_get_intensity(max_angle, smooth, angle);
200
201 #ifdef __RAY_DIFFERENTIALS__
202                                 *domega_in_dx = (2 * dot(bsdf->N, dIdx)) * bsdf->N - dIdx;
203                                 *domega_in_dy = (2 * dot(bsdf->N, dIdy)) * bsdf->N - dIdy;
204 #endif
205                         }
206                         else
207                                 *pdf = 0.0f;
208                 }
209                 else
210                         *pdf = 0.0f;
211         }
212
213         return LABEL_GLOSSY | LABEL_REFLECT;
214 }
215
216 CCL_NAMESPACE_END
217
218 #endif /* __BSDF_TOON_H__ */
219