Cycles: svn merge -r41225:41232 ^/trunk/blender
[blender.git] / intern / cycles / kernel / kernel_light.h
1 /*
2  * Copyright 2011, Blender Foundation.
3  *
4  * This program is free software; you can redistribute it and/or
5  * modify it under the terms of the GNU General Public License
6  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
7  * of the License, or (at your option) any later version.
8  *
9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
12  * GNU General Public License for more details.
13  *
14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
15  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
16  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
17  */
18
19 CCL_NAMESPACE_BEGIN
20
21 typedef struct LightSample {
22         float3 P;
23         float3 D;
24         float3 Ng;
25         float t;
26         int object;
27         int prim;
28         int shader;
29 } LightSample;
30
31 /* Regular Light */
32
33 __device float3 disk_light_sample(float3 v, float randu, float randv)
34 {
35         float3 ru, rv;
36
37         make_orthonormals(v, &ru, &rv);
38         to_unit_disk(&randu, &randv);
39
40         return ru*randu + rv*randv;
41 }
42
43 __device float3 distant_light_sample(float3 D, float size, float randu, float randv)
44 {
45         return normalize(D + disk_light_sample(D, randu, randv)*size);
46 }
47
48 __device float3 sphere_light_sample(float3 P, float3 center, float size, float randu, float randv)
49 {
50         return disk_light_sample(normalize(P - center), randu, randv)*size;
51 }
52
53 __device float3 area_light_sample(float3 axisu, float3 axisv, float randu, float randv)
54 {
55         randu = randu - 0.5f;
56         randv = randv - 0.5f;
57
58         return axisu*randu + axisv*randv;
59 }
60
61 __device void regular_light_sample(KernelGlobals *kg, int point,
62         float randu, float randv, float3 P, LightSample *ls)
63 {
64         float4 data0 = kernel_tex_fetch(__light_data, point*LIGHT_SIZE + 0);
65         float4 data1 = kernel_tex_fetch(__light_data, point*LIGHT_SIZE + 1);
66
67         LightType type = (LightType)__float_as_int(data0.x);
68
69         if(type == LIGHT_DISTANT) {
70                 /* distant light */
71                 float3 D = make_float3(data0.y, data0.z, data0.w);
72                 float size = data1.y;
73
74                 if(size > 0.0f)
75                         D = distant_light_sample(D, size, randu, randv);
76
77                 ls->P = D;
78                 ls->Ng = D;
79                 ls->D = -D;
80                 ls->t = FLT_MAX;
81         }
82         else {
83                 ls->P = make_float3(data0.y, data0.z, data0.w);
84
85                 if(type == LIGHT_POINT) {
86                         float size = data1.y;
87
88                         /* sphere light */
89                         if(size > 0.0f)
90                                 ls->P += sphere_light_sample(P, ls->P, size, randu, randv);
91
92                         ls->Ng = normalize(P - ls->P);
93                 }
94                 else {
95                         /* area light */
96                         float4 data2 = kernel_tex_fetch(__light_data, point*LIGHT_SIZE + 2);
97                         float4 data3 = kernel_tex_fetch(__light_data, point*LIGHT_SIZE + 3);
98
99                         float3 axisu = make_float3(data1.y, data1.z, data2.w);
100                         float3 axisv = make_float3(data2.y, data2.z, data2.w);
101                         float3 D = make_float3(data3.y, data3.z, data3.w);
102
103                         ls->P += area_light_sample(axisu, axisv, randu, randv);
104                         ls->Ng = D;
105                 }
106
107                 ls->t = 0.0f;
108         }
109
110         ls->shader = __float_as_int(data1.x);
111         ls->object = ~0;
112         ls->prim = ~0;
113 }
114
115 __device float regular_light_pdf(KernelGlobals *kg,
116         const float3 Ng, const float3 I, float t)
117 {
118         float pdf = kernel_data.integrator.pdf_lights;
119
120         if(t == FLT_MAX)
121                 return pdf;
122
123         float cos_pi = dot(Ng, I);
124
125         if(cos_pi <= 0.0f)
126                 return 0.0f;
127
128         return t*t*pdf/cos_pi;
129 }
130
131 /* Triangle Light */
132
133 __device void triangle_light_sample(KernelGlobals *kg, int prim, int object,
134         float randu, float randv, LightSample *ls)
135 {
136         /* triangle, so get position, normal, shader */
137         ls->P = triangle_sample_MT(kg, prim, randu, randv);
138         ls->Ng = triangle_normal_MT(kg, prim, &ls->shader);
139         ls->object = object;
140         ls->prim = prim;
141         ls->t = 0.0f;
142
143 #ifdef __INSTANCING__
144         /* instance transform */
145         if(ls->object >= 0) {
146                 object_position_transform(kg, ls->object, &ls->P);
147                 object_normal_transform(kg, ls->object, &ls->Ng);
148         }
149 #endif
150 }
151
152 __device float triangle_light_pdf(KernelGlobals *kg,
153         const float3 Ng, const float3 I, float t)
154 {
155         float cos_pi = fabsf(dot(Ng, I));
156
157         if(cos_pi == 0.0f)
158                 return 0.0f;
159         
160         return (t*t*kernel_data.integrator.pdf_triangles)/cos_pi;
161 }
162
163 /* Light Distribution */
164
165 __device int light_distribution_sample(KernelGlobals *kg, float randt)
166 {
167         /* this is basically std::upper_bound as used by pbrt, to find a point light or
168            triangle to emit from, proportional to area. a good improvement would be to
169            also sample proportional to power, though it's not so well defined with
170            OSL shaders. */
171         int first = 0;
172         int len = kernel_data.integrator.num_distribution + 1;
173
174         while(len > 0) {
175                 int half_len = len >> 1;
176                 int middle = first + half_len;
177
178                 if(randt < kernel_tex_fetch(__light_distribution, middle).x) {
179                         len = half_len;
180                 }
181                 else {
182                         first = middle + 1;
183                         len = len - half_len - 1;
184                 }
185         }
186
187         first = max(0, first-1);
188         kernel_assert(first >= 0 && first < kernel_data.integrator.num_distribution);
189
190         return first;
191 }
192
193 /* Generic Light */
194
195 __device void light_sample(KernelGlobals *kg, float randt, float randu, float randv, float3 P, LightSample *ls)
196 {
197         /* sample index */
198         int index = light_distribution_sample(kg, randt);
199
200         /* fetch light data */
201         float4 l = kernel_tex_fetch(__light_distribution, index);
202         int prim = __float_as_int(l.y);
203
204         if(prim >= 0) {
205                 int object = __float_as_int(l.w);
206                 triangle_light_sample(kg, prim, object, randu, randv, ls);
207         }
208         else {
209                 int point = -prim-1;
210                 regular_light_sample(kg, point, randu, randv, P, ls);
211         }
212
213         /* compute incoming direction and distance */
214         if(ls->t != FLT_MAX)
215                 ls->D = normalize_len(ls->P - P, &ls->t);
216 }
217
218 __device float light_sample_pdf(KernelGlobals *kg, LightSample *ls, float3 I, float t)
219 {
220         float pdf;
221
222         if(ls->prim != ~0)
223                 pdf = triangle_light_pdf(kg, ls->Ng, I, t);
224         else
225                 pdf = regular_light_pdf(kg, ls->Ng, I, t);
226         
227         return pdf;
228 }
229
230 __device void light_select(KernelGlobals *kg, int index, float randu, float randv, float3 P, LightSample *ls)
231 {
232         regular_light_sample(kg, index, randu, randv, P, ls);
233 }
234
235 __device float light_select_pdf(KernelGlobals *kg, LightSample *ls, float3 I, float t)
236 {
237         return regular_light_pdf(kg, ls->Ng, I, t);
238 }
239
240 CCL_NAMESPACE_END
241