Merge with -r 22620:23107.
[blender.git] / source / blender / render / intern / source / volumetric.c
1 /**
2  *
3  * ***** BEGIN GPL LICENSE BLOCK *****
4  *
5  * This program is free software; you can redistribute it and/or
6  * modify it under the terms of the GNU General Public License
7  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
8  * of the License, or (at your option) any later version.
9  *
10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13  * GNU General Public License for more details.
14  *
15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
16  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
17  * Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
18  *
19  * The Original Code is Copyright (C) 2001-2002 by NaN Holding BV.
20  * All rights reserved.
21  *
22  * The Original Code is: all of this file.
23  *
24  * Contributor(s): Matt Ebb, Raul Fernandez Hernandez (Farsthary)
25  *
26  * ***** END GPL LICENSE BLOCK *****
27  */
28
29 #include <math.h>
30 #include <stdlib.h>
31 #include <string.h>
32 #include <float.h>
33
34 #include "MEM_guardedalloc.h"
35
36 #include "BLI_blenlib.h"
37 #include "BLI_arithb.h"
38 #include "BLI_rand.h"
39 #include "BLI_voxel.h"
40
41 #include "RE_shader_ext.h"
42 #include "RE_raytrace.h"
43
44 #include "DNA_material_types.h"
45 #include "DNA_group_types.h"
46 #include "DNA_lamp_types.h"
47 #include "DNA_meta_types.h"
48
49 #include "BKE_global.h"
50
51 #include "render_types.h"
52 #include "pixelshading.h"
53 #include "shading.h"
54 #include "texture.h"
55 #include "volumetric.h"
56 #include "volume_precache.h"
57
58 #if defined( _MSC_VER ) && !defined( __cplusplus )
59 # define inline __inline
60 #endif // defined( _MSC_VER ) && !defined( __cplusplus )
61
62 /* ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ */
63 /* defined in pipeline.c, is hardcopy of active dynamic allocated Render */
64 /* only to be used here in this file, it's for speed */
65 extern struct Render R;
66 /* ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ */
67
68 /* luminance rec. 709 */
69 inline float luminance(float* col)
70 {
71         return (0.212671f*col[0] + 0.71516f*col[1] + 0.072169f*col[2]);
72 }
73
74 /* tracing */
75
76 static int vol_get_bounds(ShadeInput *shi, float *co, float *vec, float *hitco, Isect *isect, int intersect_type)
77 {
78         float maxsize = RE_ray_tree_max_size(R.raytree);
79         
80         /* XXX TODO - get raytrace max distance from object instance's bounding box */
81         /* need to account for scaling only, but keep coords in camera space...
82          * below code is WIP and doesn't work!
83         VecSubf(bb_dim, shi->obi->obr->boundbox[1], shi->obi->obr->boundbox[2]);
84         Mat3MulVecfl(shi->obi->nmat, bb_dim);
85         maxsize = VecLength(bb_dim);
86         */
87         
88         VECCOPY(isect->start, co);
89         isect->end[0] = co[0] + vec[0] * maxsize;
90         isect->end[1] = co[1] + vec[1] * maxsize;
91         isect->end[2] = co[2] + vec[2] * maxsize;
92         
93         isect->mode= RE_RAY_MIRROR;
94         isect->oborig= RAY_OBJECT_SET(&R, shi->obi);
95         isect->face_last= NULL;
96         isect->ob_last= 0;
97         isect->lay= -1;
98         
99         if (intersect_type == VOL_BOUNDS_DEPTH) isect->faceorig= (RayFace*)shi->vlr;
100         else if (intersect_type == VOL_BOUNDS_SS) isect->faceorig= NULL;
101         
102         if(RE_ray_tree_intersect(R.raytree, isect))
103         {
104                 hitco[0] = isect->start[0] + isect->labda*isect->vec[0];
105                 hitco[1] = isect->start[1] + isect->labda*isect->vec[1];
106                 hitco[2] = isect->start[2] + isect->labda*isect->vec[2];
107                 return 1;
108         } else {
109                 return 0;
110         }
111 }
112
113 static void shade_intersection(ShadeInput *shi, float *col, Isect *is)
114 {
115         ShadeInput shi_new;
116         ShadeResult shr_new;
117         
118         memset(&shi_new, 0, sizeof(ShadeInput)); 
119         
120         shi_new.mask= shi->mask;
121         shi_new.osatex= shi->osatex;
122         shi_new.thread= shi->thread;
123         shi_new.depth = shi->depth + 1;
124         shi_new.volume_depth= shi->volume_depth + 1;
125         shi_new.xs= shi->xs;
126         shi_new.ys= shi->ys;
127         shi_new.lay= shi->lay;
128         shi_new.passflag= SCE_PASS_COMBINED; /* result of tracing needs no pass info */
129         shi_new.combinedflag= 0xFFFFFF;          /* ray trace does all options */
130         shi_new.light_override= shi->light_override;
131         shi_new.mat_override= shi->mat_override;
132         
133         VECCOPY(shi_new.camera_co, is->start);
134         
135         memset(&shr_new, 0, sizeof(ShadeResult));
136         
137         /* hardcoded limit of 100 for now - prevents problems in weird geometry */
138         if (shi->volume_depth < 100) {
139                 shade_ray(is, &shi_new, &shr_new);
140         }
141         
142         VecCopyf(col, shr_new.combined);
143         col[3] = shr_new.alpha;
144 }
145
146 static void vol_trace_behind(ShadeInput *shi, VlakRen *vlr, float *co, float *col)
147 {
148         Isect isect;
149         float maxsize = RE_ray_tree_max_size(R.raytree);
150         
151         VECCOPY(isect.start, co);
152         isect.end[0] = isect.start[0] + shi->view[0] * maxsize;
153         isect.end[1] = isect.start[1] + shi->view[1] * maxsize;
154         isect.end[2] = isect.start[2] + shi->view[2] * maxsize;
155         
156         isect.faceorig= (RayFace *)vlr;
157         
158         isect.mode= RE_RAY_MIRROR;
159         isect.oborig= RAY_OBJECT_SET(&R, shi->obi);
160         isect.face_last= NULL;
161         isect.ob_last= 0;
162         isect.lay= -1;
163         
164         /* check to see if there's anything behind the volume, otherwise shade the sky */
165         if(RE_ray_tree_intersect(R.raytree, &isect)) {
166                 shade_intersection(shi, col, &isect);
167         } else {
168                 shadeSkyView(col, co, shi->view, NULL, shi->thread);
169                 shadeSunView(col, shi->view);
170         }
171 }
172
173 /* input shader data */
174
175 float vol_get_stepsize(struct ShadeInput *shi, int context)
176 {
177         if (shi->mat->vol.stepsize_type == MA_VOL_STEP_RANDOMIZED) {
178                 /* range between 0.75 and 1.25 */
179                 const float rnd = 0.5f * BLI_thread_frand(shi->thread) + 0.75f;
180         
181                 if (context == STEPSIZE_VIEW)
182                         return shi->mat->vol.stepsize * rnd;
183                 else if (context == STEPSIZE_SHADE)
184                         return shi->mat->vol.shade_stepsize * rnd;
185         }
186         else {  // MA_VOL_STEP_CONSTANT
187                 
188                 if (context == STEPSIZE_VIEW)
189                         return shi->mat->vol.stepsize;
190                 else if (context == STEPSIZE_SHADE)
191                         return shi->mat->vol.shade_stepsize;
192         }
193         
194         return shi->mat->vol.stepsize;
195 }
196
197 /* trilinear interpolation */
198 static void vol_get_precached_scattering(ShadeInput *shi, float *scatter_col, float *co)
199 {
200         VolumePrecache *vp = shi->obi->volume_precache;
201         float bbmin[3], bbmax[3], dim[3];
202         float sample_co[3];
203         
204         if (!vp) return;
205         
206         /* convert input coords to 0.0, 1.0 */
207         VECCOPY(bbmin, shi->obi->obr->boundbox[0]);
208         VECCOPY(bbmax, shi->obi->obr->boundbox[1]);
209         VecSubf(dim, bbmax, bbmin);
210
211         sample_co[0] = ((co[0] - bbmin[0]) / dim[0]);
212         sample_co[1] = ((co[1] - bbmin[1]) / dim[1]);
213         sample_co[2] = ((co[2] - bbmin[2]) / dim[2]);
214
215         scatter_col[0] = voxel_sample_trilinear(vp->data_r, vp->res, sample_co);
216         scatter_col[1] = voxel_sample_trilinear(vp->data_g, vp->res, sample_co);
217         scatter_col[2] = voxel_sample_trilinear(vp->data_b, vp->res, sample_co);
218 }
219
220 /* Meta object density, brute force for now 
221  * (might be good enough anyway, don't need huge number of metaobs to model volumetric objects */
222 static float metadensity(Object* ob, float* co)
223 {
224         float mat[4][4], imat[4][4], dens = 0.f;
225         MetaBall* mb = (MetaBall*)ob->data;
226         MetaElem* ml;
227         
228         /* transform co to meta-element */
229         float tco[3] = {co[0], co[1], co[2]};
230         Mat4MulMat4(mat, ob->obmat, R.viewmat);
231         Mat4Invert(imat, mat);
232         Mat4MulVecfl(imat, tco);
233         
234         for (ml = mb->elems.first; ml; ml=ml->next) {
235                 float bmat[3][3], dist2;
236                 
237                 /* element rotation transform */
238                 float tp[3] = {ml->x - tco[0], ml->y - tco[1], ml->z - tco[2]};
239                 QuatToMat3(ml->quat, bmat);
240                 Mat3Transp(bmat);       // rot.only, so inverse == transpose
241                 Mat3MulVecfl(bmat, tp);
242                 
243                 /* MB_BALL default */
244                 switch (ml->type) {
245                         case MB_ELIPSOID:
246                                 tp[0] /= ml->expx, tp[1] /= ml->expy, tp[2] /= ml->expz;
247                                 break;
248                         case MB_CUBE:
249                                 tp[2] = (tp[2] > ml->expz) ? (tp[2] - ml->expz) : ((tp[2] < -ml->expz) ? (tp[2] + ml->expz) : 0.f);
250                                 // no break, xy as plane
251                         case MB_PLANE:
252                                 tp[1] = (tp[1] > ml->expy) ? (tp[1] - ml->expy) : ((tp[1] < -ml->expy) ? (tp[1] + ml->expy) : 0.f);
253                                 // no break, x as tube
254                         case MB_TUBE:
255                                 tp[0] = (tp[0] > ml->expx) ? (tp[0] - ml->expx) : ((tp[0] < -ml->expx) ? (tp[0] + ml->expx) : 0.f);
256                 }
257                 
258                 /* ml->rad2 is not set */
259                 dist2 = 1.f - ((tp[0]*tp[0] + tp[1]*tp[1] + tp[2]*tp[2]) / (ml->rad*ml->rad));
260                 if (dist2 > 0.f)
261                         dens += (ml->flag & MB_NEGATIVE) ? -ml->s*dist2*dist2*dist2 : ml->s*dist2*dist2*dist2;
262         }
263         
264         dens -= mb->thresh;
265         return (dens < 0.f) ? 0.f : dens;
266 }
267
268 float vol_get_density(struct ShadeInput *shi, float *co)
269 {
270         float density = shi->mat->vol.density;
271         float density_scale = shi->mat->vol.density_scale;
272                 
273         do_volume_tex(shi, co, MAP_DENSITY, NULL, &density);
274         
275         // if meta-object, modulate by metadensity without increasing it
276         if (shi->obi->obr->ob->type == OB_MBALL) {
277                 const float md = metadensity(shi->obi->obr->ob, co);
278                 if (md < 1.f) density *= md;
279         }
280         
281         return density * density_scale;
282 }
283
284 /* scattering multiplier, values above 1.0 are non-physical, 
285  * but can be useful to tweak lighting */
286 float vol_get_scattering_fac(ShadeInput *shi, float *co)
287 {
288         float scatter = shi->mat->vol.scattering;
289         float col[3] = {0.0, 0.0, 0.0};
290         
291         do_volume_tex(shi, co, MAP_SCATTERING, col, &scatter);
292         
293         return scatter;
294 }
295
296 /* compute emission component, amount of radiance to add per segment
297  * can be textured with 'emit' */
298 void vol_get_emission(ShadeInput *shi, float *emission_col, float *co, float density)
299 {
300         float emission = shi->mat->vol.emission;
301         VECCOPY(emission_col, shi->mat->vol.emission_col);
302         
303         do_volume_tex(shi, co, MAP_EMISSION+MAP_EMISSION_COL, emission_col, &emission);
304         
305         emission_col[0] = emission_col[0] * emission * density;
306         emission_col[1] = emission_col[1] * emission * density;
307         emission_col[2] = emission_col[2] * emission * density;
308 }
309
310 void vol_get_absorption(ShadeInput *shi, float *absorb_col, float *co)
311 {
312         float absorption = shi->mat->vol.absorption;
313         VECCOPY(absorb_col, shi->mat->vol.absorption_col);
314         
315         do_volume_tex(shi, co, MAP_ABSORPTION+MAP_ABSORPTION_COL, absorb_col, &absorption);
316         
317         absorb_col[0] = (1.0f - absorb_col[0]) * absorption;
318         absorb_col[1] = (1.0f - absorb_col[1]) * absorption;
319         absorb_col[2] = (1.0f - absorb_col[2]) * absorption;
320 }
321
322 /* phase function - determines in which directions the light 
323  * is scattered in the volume relative to incoming direction 
324  * and view direction */
325 float vol_get_phasefunc(ShadeInput *shi, short phasefunc_type, float g, float *w, float *wp)
326 {
327         const float costheta = Inpf(w, wp);
328         const float scale = M_PI;
329         
330         /*
331          * Scale constant is required, since Blender's shading system doesn't normalise for
332          * energy conservation - eg. scaling by 1/pi for a lambert shader.
333          * This makes volumes darker than other solid objects, for the same lighting intensity.
334          * To correct this, scale up the phase function values
335          * until Blender's shading system supports this better. --matt
336          */
337         
338         switch (phasefunc_type) {
339                 case MA_VOL_PH_MIEHAZY:
340                         return scale * (0.5f + 4.5f * powf(0.5 * (1.f + costheta), 8.f)) / (4.f*M_PI);
341                 case MA_VOL_PH_MIEMURKY:
342                         return scale * (0.5f + 16.5f * powf(0.5 * (1.f + costheta), 32.f)) / (4.f*M_PI);
343                 case MA_VOL_PH_RAYLEIGH:
344                         return scale * 3.f/(16.f*M_PI) * (1 + costheta * costheta);
345                 case MA_VOL_PH_HG:
346                         return scale * (1.f / (4.f * M_PI) * (1.f - g*g) / powf(1.f + g*g - 2.f * g * costheta, 1.5f));
347                 case MA_VOL_PH_SCHLICK:
348                 {
349                         const float k = 1.55f * g - .55f * g * g * g;
350                         const float kcostheta = k * costheta;
351                         return scale * (1.f / (4.f * M_PI) * (1.f - k*k) / ((1.f - kcostheta) * (1.f - kcostheta)));
352                 }
353                 case MA_VOL_PH_ISOTROPIC:
354                 default:
355                         return scale * (1.f / (4.f * M_PI));
356         }
357 }
358
359 /* Compute transmittance = e^(-attenuation) */
360 void vol_get_transmittance_seg(ShadeInput *shi, float *tr, float stepsize, float *co, float density)
361 {
362         /* input density = density at co */
363         float tau[3] = {0.f, 0.f, 0.f};
364         float absorb[3];
365         const float scatter_dens = vol_get_scattering_fac(shi, co) * density * stepsize;
366
367         vol_get_absorption(shi, absorb, co);
368         
369         /* homogenous volume within the sampled distance */
370         tau[0] += scatter_dens * absorb[0];
371         tau[1] += scatter_dens * absorb[1];
372         tau[2] += scatter_dens * absorb[2];
373         
374         tr[0] *= exp(-tau[0]);
375         tr[1] *= exp(-tau[1]);
376         tr[2] *= exp(-tau[2]);
377 }
378
379 /* Compute transmittance = e^(-attenuation) */
380 static void vol_get_transmittance(ShadeInput *shi, float *tr, float *co, float *endco)
381 {
382         float p[3] = {co[0], co[1], co[2]};
383         float step_vec[3] = {endco[0] - co[0], endco[1] - co[1], endco[2] - co[2]};
384         //const float ambtau = -logf(shi->mat->vol.depth_cutoff);       // never zero
385         float tau[3] = {0.f, 0.f, 0.f};
386
387         float t0 = 0.f;
388         float t1 = Normalize(step_vec);
389         float pt0 = t0;
390         
391         t0 += shi->mat->vol.shade_stepsize * ((shi->mat->vol.stepsize_type == MA_VOL_STEP_CONSTANT) ? 0.5f : BLI_thread_frand(shi->thread));
392         p[0] += t0 * step_vec[0];
393         p[1] += t0 * step_vec[1];
394         p[2] += t0 * step_vec[2];
395         VecMulf(step_vec, shi->mat->vol.shade_stepsize);
396
397         for (; t0 < t1; pt0 = t0, t0 += shi->mat->vol.shade_stepsize) {
398                 float absorb[3];
399                 const float d = vol_get_density(shi, p);
400                 const float stepd = (t0 - pt0) * d;
401                 const float scatter_dens = vol_get_scattering_fac(shi, p) * stepd;
402                 vol_get_absorption(shi, absorb, p);
403                 
404                 tau[0] += scatter_dens * absorb[0];
405                 tau[1] += scatter_dens * absorb[1];
406                 tau[2] += scatter_dens * absorb[2];
407                 
408                 //if (luminance(tau) >= ambtau) break;
409                 VecAddf(p, p, step_vec);
410         }
411         
412         /* return transmittance */
413         tr[0] = expf(-tau[0]);
414         tr[1] = expf(-tau[1]);
415         tr[2] = expf(-tau[2]);
416 }
417
418 void vol_shade_one_lamp(struct ShadeInput *shi, float *co, LampRen *lar, float *lacol)
419 {
420         float visifac, lv[3], lampdist;
421         float tr[3]={1.0,1.0,1.0};
422         float hitco[3], *atten_co;
423         float p;
424         float scatter_fac;
425         float shade_stepsize = vol_get_stepsize(shi, STEPSIZE_SHADE);
426         
427         if (lar->mode & LA_LAYER) if((lar->lay & shi->obi->lay)==0) return;
428         if ((lar->lay & shi->lay)==0) return;
429         if (lar->energy == 0.0) return;
430         
431         if ((visifac= lamp_get_visibility(lar, co, lv, &lampdist)) == 0.f) return;
432         
433         VecCopyf(lacol, &lar->r);
434         
435         if(lar->mode & LA_TEXTURE) {
436                 shi->osatex= 0;
437                 do_lamp_tex(lar, lv, shi, lacol, LA_TEXTURE);
438         }
439
440         VecMulf(lacol, visifac);
441
442         if (ELEM(lar->type, LA_SUN, LA_HEMI))
443                 VECCOPY(lv, lar->vec);
444         VecMulf(lv, -1.0f);
445         
446         if (shi->mat->vol.shade_type != MA_VOL_SHADE_NONE) {
447                 Isect is;
448                 
449                 /* find minimum of volume bounds, or lamp coord */
450                 if (vol_get_bounds(shi, co, lv, hitco, &is, VOL_BOUNDS_SS)) {
451                         float dist = VecLenf(co, hitco);
452                         VlakRen *vlr = (VlakRen *)is.face;
453                         
454                         /* simple internal shadowing */
455                         if (vlr->mat->material_type == MA_TYPE_SURFACE) {
456                                 lacol[0] = lacol[1] = lacol[2] = 0.0f;
457                                 return;
458                         }
459
460                         if (ELEM(lar->type, LA_SUN, LA_HEMI))
461                                 /* infinite lights, can never be inside volume */
462                                 atten_co = hitco;
463                         else if ( lampdist < dist ) {
464                                 atten_co = lar->co;
465                         } else
466                                 atten_co = hitco;
467                         
468                         vol_get_transmittance(shi, tr, co, atten_co);
469                         
470                         VecMulVecf(lacol, lacol, tr);
471                 }
472                 else {
473                         /* Point is on the outside edge of the volume,
474                          * therefore no attenuation, full transmission.
475                          * Radiance from lamp remains unchanged */
476                 }
477         }
478         
479         p = vol_get_phasefunc(shi, shi->mat->vol.phasefunc_type, shi->mat->vol.phasefunc_g, shi->view, lv);
480         VecMulf(lacol, p);
481         
482         scatter_fac = vol_get_scattering_fac(shi, co);
483         VecMulf(lacol, scatter_fac);
484 }
485
486 /* single scattering only for now */
487 void vol_get_scattering(ShadeInput *shi, float *scatter_col, float *co, float stepsize, float density)
488 {
489         ListBase *lights;
490         GroupObject *go;
491         LampRen *lar;
492         
493         scatter_col[0] = scatter_col[1] = scatter_col[2] = 0.f;
494         
495         lights= get_lights(shi);
496         for(go=lights->first; go; go= go->next)
497         {
498                 float lacol[3] = {0.f, 0.f, 0.f};
499                 lar= go->lampren;
500                 
501                 if (lar) {
502                         vol_shade_one_lamp(shi, co, lar, lacol);
503                         VecAddf(scatter_col, scatter_col, lacol);
504                 }
505         }
506 }
507
508         
509 /*
510 The main volumetric integrator, using an emission/absorption/scattering model.
511
512 Incoming radiance = 
513
514 outgoing radiance from behind surface * beam transmittance/attenuation
515 + added radiance from all points along the ray due to participating media
516         --> radiance for each segment = 
517                 (radiance added by scattering + radiance added by emission) * beam transmittance/attenuation
518 */
519 static void volumeintegrate(struct ShadeInput *shi, float *col, float *co, float *endco)
520 {
521         float tr[3] = {1.0f, 1.0f, 1.0f};
522         float radiance[3] = {0.f, 0.f, 0.f}, d_radiance[3] = {0.f, 0.f, 0.f};
523         float stepsize = vol_get_stepsize(shi, STEPSIZE_VIEW);
524         int nsteps, s;
525         float emit_col[3], scatter_col[3] = {0.0, 0.0, 0.0};
526         float stepvec[3], step_sta[3], step_end[3], step_mid[3];
527         float density;
528         const float depth_cutoff = shi->mat->vol.depth_cutoff;
529
530         /* ray marching */
531         nsteps = (int)((VecLenf(co, endco) / stepsize) + 0.5);
532         
533         VecSubf(stepvec, endco, co);
534         VecMulf(stepvec, 1.0f / nsteps);
535         VecCopyf(step_sta, co);
536         VecAddf(step_end, step_sta, stepvec);
537         
538         /* get radiance from all points along the ray due to participating media */
539         for (s = 0; s < nsteps; s++) {
540
541                 density = vol_get_density(shi, step_sta);
542                 
543                 /* there's only any use in shading here if there's actually some density to shade! */
544                 if (density > 0.01f) {
545                 
546                         /* transmittance component (alpha) */
547                         vol_get_transmittance_seg(shi, tr, stepsize, co, density);
548
549                         step_mid[0] = step_sta[0] + (stepvec[0] * 0.5);
550                         step_mid[1] = step_sta[1] + (stepvec[1] * 0.5);
551                         step_mid[2] = step_sta[2] + (stepvec[2] * 0.5);
552                 
553                         /* incoming light via emission or scattering (additive) */
554                         vol_get_emission(shi, emit_col, step_mid, density);
555                         
556                         if (shi->obi->volume_precache)
557                                 vol_get_precached_scattering(shi, scatter_col, step_mid);
558                         else
559                                 vol_get_scattering(shi, scatter_col, step_mid, stepsize, density);
560                         
561                         VecMulf(scatter_col, density);
562                         VecAddf(d_radiance, emit_col, scatter_col);
563                         
564                         /*   Lv += Tr * (Lve() + Ld) */
565                         VecMulVecf(d_radiance, tr, d_radiance);
566                         VecMulf(d_radiance, stepsize);
567                         
568                         VecAddf(radiance, radiance, d_radiance);        
569                 }
570
571                 VecCopyf(step_sta, step_end);
572                 VecAddf(step_end, step_end, stepvec);
573                 
574                 /* luminance rec. 709 */
575                 if ((0.2126*tr[0] + 0.7152*tr[1] + 0.0722*tr[2]) < depth_cutoff) break; 
576         }
577         
578         /* multiply original color (behind volume) with beam transmittance over entire distance */
579         VecMulVecf(col, tr, col);       
580         VecAddf(col, col, radiance);
581         
582         /* alpha <-- transmission luminance */
583         col[3] = 1.0f -(0.2126*tr[0] + 0.7152*tr[1] + 0.0722*tr[2]);
584 }
585
586 /* the main entry point for volume shading */
587 static void volume_trace(struct ShadeInput *shi, struct ShadeResult *shr, int inside_volume)
588 {
589         float hitco[3], col[4] = {0.f,0.f,0.f,0.f};
590         float *startco, *endco;
591         int trace_behind = 1;
592         const int ztransp= ((shi->depth==0) && (shi->mat->mode & MA_TRANSP) && (shi->mat->mode & MA_ZTRANSP));
593         Isect is;
594
595         /* check for shading an internal face a volume object directly */
596         if (inside_volume == VOL_SHADE_INSIDE)
597                 trace_behind = 0;
598         else if (inside_volume == VOL_SHADE_OUTSIDE) {
599                 if (shi->flippednor)
600                         inside_volume = VOL_SHADE_INSIDE;
601         }
602         
603         if (ztransp && inside_volume == VOL_SHADE_INSIDE) {
604                 MatInside *mi;
605                 int render_this=0;
606                 
607                 /* don't render the backfaces of ztransp volume materials.
608                  
609                  * volume shading renders the internal volume from between the
610                  * near view intersection of the solid volume to the
611                  * intersection on the other side, as part of the shading of
612                  * the front face.
613                  
614                  * Because ztransp renders both front and back faces independently
615                  * this will double up, so here we prevent rendering the backface as well, 
616                  * which would otherwise render the volume in between the camera and the backface
617                  * --matt */
618                 
619                 for (mi=R.render_volumes_inside.first; mi; mi=mi->next) {
620                         /* weak... */
621                         if (mi->ma == shi->mat) render_this=1;
622                 }
623                 if (!render_this) return;
624         }
625         
626
627         if (inside_volume == VOL_SHADE_INSIDE)
628         {
629                 startco = shi->camera_co;
630                 endco = shi->co;
631                 
632                 if (trace_behind) {
633                         if (!ztransp)
634                                 /* trace behind the volume object */
635                                 vol_trace_behind(shi, shi->vlr, endco, col);
636                 } else {
637                         /* we're tracing through the volume between the camera 
638                          * and a solid surface, so use that pre-shaded radiance */
639                         QUATCOPY(col, shr->combined);
640                 }
641                 
642                 /* shade volume from 'camera' to 1st hit point */
643                 volumeintegrate(shi, col, startco, endco);
644         }
645         /* trace to find a backface, the other side bounds of the volume */
646         /* (ray intersect ignores front faces here) */
647         else if (vol_get_bounds(shi, shi->co, shi->view, hitco, &is, VOL_BOUNDS_DEPTH))
648         {
649                 VlakRen *vlr = (VlakRen *)is.face;
650                 
651                 startco = shi->co;
652                 endco = hitco;
653                 
654                 if (!ztransp) {
655                         /* if it's another face in the same material */
656                         if (vlr->mat == shi->mat) {
657                                 /* trace behind the 2nd (raytrace) hit point */
658                                 vol_trace_behind(shi, (VlakRen *)is.face, endco, col);
659                         } else {
660                                 shade_intersection(shi, col, &is);
661                         }
662                 }
663                 
664                 /* shade volume from 1st hit point to 2nd hit point */
665                 volumeintegrate(shi, col, startco, endco);
666         }
667         
668         if (ztransp)
669                 col[3] = col[3]>1.f?1.f:col[3];
670         else
671                 col[3] = 1.f;
672         
673         VecCopyf(shr->combined, col);
674         shr->alpha = col[3];
675         
676         VECCOPY(shr->diff, shr->combined);
677 }
678
679 /* Traces a shadow through the object, 
680  * pretty much gets the transmission over a ray path */
681 void shade_volume_shadow(struct ShadeInput *shi, struct ShadeResult *shr, struct Isect *last_is)
682 {
683         float hitco[3];
684         float tr[3] = {1.0,1.0,1.0};
685         Isect is;
686         float shade_stepsize = vol_get_stepsize(shi, STEPSIZE_SHADE);
687         float *startco, *endco;
688         float density=0.f;
689
690         memset(shr, 0, sizeof(ShadeResult));
691         
692         /* if 1st hit normal is facing away from the camera, 
693          * then we're inside the volume already. */
694         if (shi->flippednor) {
695                 startco = last_is->start;
696                 endco = shi->co;
697         }
698         /* trace to find a backface, the other side bounds of the volume */
699         /* (ray intersect ignores front faces here) */
700         else if (vol_get_bounds(shi, shi->co, shi->view, hitco, &is, VOL_BOUNDS_DEPTH)) {
701                 startco = shi->co;
702                 endco = hitco;
703         }
704         else {
705                 shr->combined[0] = shr->combined[1] = shr->combined[2] = 0.f;
706                 shr->alpha = shr->combined[3] = 1.f;
707                 return;
708         }
709         
710         density = vol_get_density(shi, startco);
711         vol_get_transmittance(shi, tr, startco, endco);
712         
713         VecCopyf(shr->combined, tr);
714         shr->combined[3] = 1.0f -(0.2126*tr[0] + 0.7152*tr[1] + 0.0722*tr[2]);
715         shr->alpha = shr->combined[3];
716 }
717
718
719 /* delivers a fully filled in ShadeResult, for all passes */
720 void shade_volume_outside(ShadeInput *shi, ShadeResult *shr)
721 {
722         memset(shr, 0, sizeof(ShadeResult));
723         volume_trace(shi, shr, VOL_SHADE_OUTSIDE);
724 }
725
726
727 void shade_volume_inside(ShadeInput *shi, ShadeResult *shr)
728 {
729         MatInside *m;
730         Material *mat_backup;
731         ObjectInstanceRen *obi_backup;
732         float prev_alpha = shr->alpha;
733         
734         //if (BLI_countlist(&R.render_volumes_inside) == 0) return;
735         
736         /* XXX: extend to multiple volumes perhaps later */
737         mat_backup = shi->mat;
738         obi_backup = shi->obi;
739         
740         m = R.render_volumes_inside.first;
741         shi->mat = m->ma;
742         shi->obi = m->obi;
743         shi->obr = m->obi->obr;
744         
745         volume_trace(shi, shr, VOL_SHADE_INSIDE);
746         shr->alpha += prev_alpha;
747         CLAMP(shr->alpha, 0.f, 1.f);
748         
749         shi->mat = mat_backup;
750         shi->obi = obi_backup;
751         shi->obr = obi_backup->obr;
752 }