intern/cycles/kernel/closure/volume.h

   1 /*
   2  * Copyright 2011-2013 Blender Foundation
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at
   7  *
   8  * http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License
  15  */
  16
  17 #ifndef __VOLUME_H__
  18 #define __VOLUME_H__
  19
  20 CCL_NAMESPACE_BEGIN
  21
  22 /* HENYEY-GREENSTEIN CLOSURE */
  23
  24 /* Given cosine between rays, return probability density that a photon bounces
  25  * to that direction. The g parameter controls how different it is from the
  26  * uniform sphere. g=0 uniform diffuse-like, g=1 close to sharp single ray. */
  27 ccl_device float single_peaked_henyey_greenstein(float cos_theta, float g)
  28 {
  29         if(fabsf(g) < 1e-3f)
  30                 return M_1_PI_F * 0.25f;
  31
  32         return ((1.0f - g * g) / safe_powf(1.0f + g * g - 2.0f * g * cos_theta, 1.5f)) * (M_1_PI_F * 0.25f);
  33 };
  34
  35 ccl_device int volume_henyey_greenstein_setup(ShaderClosure *sc)
  36 {
  37         sc->type = CLOSURE_VOLUME_HENYEY_GREENSTEIN_ID;
  38
  39         /* clamp anisotropy to avoid delta function */
  40         sc->data0 = signf(sc->data0) * min(fabsf(sc->data0), 1.0f - 1e-3f);
  41
  42         return SD_BSDF|SD_BSDF_HAS_EVAL;
  43 }
  44
  45 ccl_device float3 volume_henyey_greenstein_eval_phase(const ShaderClosure *sc, const float3 I, float3 omega_in, float *pdf)
  46 {
  47         float g = sc->data0;
  48
  49         /* note that I points towards the viewer */
  50         float cos_theta = dot(-I, omega_in);
  51
  52         *pdf = single_peaked_henyey_greenstein(cos_theta, g);
  53
  54         return make_float3(*pdf, *pdf, *pdf);
  55 }
  56
  57 ccl_device int volume_henyey_greenstein_sample(const ShaderClosure *sc, float3 I, float3 dIdx, float3 dIdy, float randu, float randv,
  58         float3 *eval, float3 *omega_in, float3 *domega_in_dx, float3 *domega_in_dy, float *pdf)
  59 {
  60         float g = sc->data0;
  61         float cos_phi, sin_phi, cos_theta;
  62
  63         /* match pdf for small g */
  64         if(fabsf(g) < 1e-3f) {
  65                 cos_theta = (1.0f - 2.0f * randu);
  66         }
  67         else {
  68                 float k = (1.0f - g * g) / (1.0f - g + 2.0f * g * randu);
  69                 cos_theta = (1.0f + g * g - k * k) / (2.0f * g);
  70         }
  71
  72         float sin_theta = safe_sqrtf(1.0f - cos_theta * cos_theta);
  73
  74         float phi = M_2PI_F * randv;
  75         cos_phi = cosf(phi);
  76         sin_phi = sinf(phi);
  77
  78         /* note that I points towards the viewer and so is used negated */
  79         float3 T, B;
  80         make_orthonormals(-I, &T, &B);
  81         *omega_in = sin_theta * cos_phi * T + sin_theta * sin_phi * B + cos_theta * (-I);
  82
  83         *pdf = single_peaked_henyey_greenstein(cos_theta, g);
  84         *eval = make_float3(*pdf, *pdf, *pdf); /* perfect importance sampling */
  85
  86 #ifdef __RAY_DIFFERENTIALS__
  87         /* todo: implement ray differential estimation */
  88         *domega_in_dx = make_float3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
  89         *domega_in_dy = make_float3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
  90 #endif
  91
  92         return LABEL_VOLUME_SCATTER;
  93 }
  94
  95 /* ABSORPTION VOLUME CLOSURE */
  96
  97 ccl_device int volume_absorption_setup(ShaderClosure *sc)
  98 {
  99         sc->type = CLOSURE_VOLUME_ABSORPTION_ID;
 100
 101         return SD_VOLUME;
 102 }
 103
 104 /* VOLUME CLOSURE */
 105
 106 ccl_device float3 volume_eval_phase(const ShaderClosure *sc, const float3 I, float3 omega_in, float *pdf)
 107 {
 108         float3 eval;
 109
 110         switch(sc->type) {
 111                 case CLOSURE_VOLUME_HENYEY_GREENSTEIN_ID:
 112                         eval = volume_henyey_greenstein_eval_phase(sc, I, omega_in, pdf);
 113                         break;
 114                 default:
 115                         eval = make_float3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
 116                         break;
 117         }
 118
 119         return eval;
 120 }
 121
 122 ccl_device int volume_sample(const ShaderData *sd, const ShaderClosure *sc, float randu,
 123         float randv, float3 *eval, float3 *omega_in, differential3 *domega_in, float *pdf)
 124 {
 125         int label;
 126
 127         switch(sc->type) {
 128                 case CLOSURE_VOLUME_HENYEY_GREENSTEIN_ID:
 129                         label = volume_henyey_greenstein_sample(sc, sd->I, sd->dI.dx, sd->dI.dy, randu, randv, eval, omega_in, &domega_in->dx, &domega_in->dy, pdf);
 130                         break;
 131                 default:
 132                         *eval = make_float3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
 133                         label = LABEL_NONE;
 134                         break;
 135         }
 136
 137         return label;
 138 }
 139
 140 CCL_NAMESPACE_END
 141
 142 #endif