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 = fabsf(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