source: GTP/trunk/Lib/Vis/Preprocessing/src/GvsPreprocessor.cpp @ 2736

Revision 2736, 51.4 KB checked in by mattausch, 16 years ago (diff)
  • Property svn:executable set to *
Line 
1#include "Environment.h"
2#include "GvsPreprocessor.h"
3#include "GlRenderer.h"
4#include "VssRay.h"
5#include "ViewCellsManager.h"
6#include "Triangle3.h"
7#include "IntersectableWrapper.h"
8#include "Plane3.h"
9#include "RayCaster.h"
10#include "Exporter.h"
11#include "SamplingStrategy.h"
12#include "BvHierarchy.h"
13#include "Polygon3.h"
14#include "IntersectableWrapper.h"
15#include "Timer/PerfTimer.h"
16#include "Vector2.h"
17#include "RndGauss.h"
18
19
20
21namespace GtpVisibilityPreprocessor
22{
23 
24#define GVS_DEBUG 0
25#define NOT_ACCOUNTED_OBJECT 0
26#define ACCOUNTED_OBJECT 2
27#define DETERMINISTIC_GVS 0
28
29static const float MIN_DIST = 0.001f;
30
31static ObjectContainer myobjects;
32static int sInvalidSamples = 0;
33
34///////////
35//-- timers
36
37
38static PerfTimer rayTimer;
39static PerfTimer kdPvsTimer;
40static PerfTimer gvsTimer;
41static PerfTimer initialTimer;
42static PerfTimer intersectionTimer;
43static PerfTimer preparationTimer;
44static PerfTimer mainLoopTimer;
45static PerfTimer contributionTimer;
46static PerfTimer castTimer;
47static PerfTimer generationTimer;
48
49
50/////////////////////
51
52
53/** Visualization structure for the GVS algorithm.
54*/
55struct VizStruct
56{
57        Polygon3 *enlargedTriangle;
58        Triangle3 originalTriangle;
59        VssRay *ray;
60};
61
62static vector<VizStruct> vizContainer;
63
64
65
66
67GvsPreprocessor::GvsPreprocessor():
68Preprocessor(),
69mProcessedViewCells(0),
70mCurrentViewCell(NULL),
71mCurrentViewPoint(Vector3(0.0f, 0.0f, 0.0f)),
72mOnlyRandomSampling(false),
73//mOnlyRandomSampling(true),
74mUseProbablyVisibleSampling(false)
75{
76        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("GvsPreprocessor.totalSamples", mTotalSamples);
77        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("GvsPreprocessor.initialSamples", mInitialSamples);
78        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("GvsPreprocessor.gvsSamplesPerPass", mGvsSamplesPerPass);
79        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("GvsPreprocessor.minContribution", mMinContribution);
80        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("GvsPreprocessor.epsilon", mEps);
81        Environment::GetSingleton()->GetFloatValue("GvsPreprocessor.threshold", mThreshold);   
82        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("GvsPreprocessor.perViewCell", mPerViewCell);
83        Environment::GetSingleton()->GetIntValue("GvsPreprocessor.maxViewCells", mMaxViewCells);
84
85        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("Preprocessor.evaluatePixelError", mEvaluatePixelError);
86
87        Environment::GetSingleton()->GetBoolValue("ViewCells.useKdPvs", mUseKdPvs);
88
89
90        char gvsStatsLog[100];
91        Environment::GetSingleton()->GetStringValue("GvsPreprocessor.stats", gvsStatsLog);
92        mGvsStatsStream.open(gvsStatsLog);
93
94        cout << "number of gvs samples per pass: " << mGvsSamplesPerPass << endl;
95        cout << "number of samples per pass: " << mSamplesPerPass << endl;
96        cout << "only random sampling: " << mOnlyRandomSampling << endl;
97
98        Debug << "Gvs preprocessor options" << endl;
99        Debug << "number of total samples: " << mTotalSamples << endl;
100        Debug << "number of initial samples: " << mInitialSamples << endl;
101        Debug << "threshold: " << mThreshold << endl;
102        Debug << "epsilon: " << mEps << endl;
103        Debug << "stats: " << gvsStatsLog << endl;
104        Debug << "per view cell: " << mPerViewCell << endl;
105        Debug << "max view cells: " << mMaxViewCells << endl;
106        Debug << "min contribution: " << mMinContribution << endl;
107
108        mDistribution = new ViewCellBasedDistribution(*this, NULL);
109
110        mGvsStats.Reset();
111
112        // hack: some generic statistical values that can be used
113        // by an application using the preprocessor
114        for (int i = 0; i < 2; ++ i)
115                mGenericStats[i] = 0;
116}
117
118
119GvsPreprocessor::~GvsPreprocessor()
120{
121        delete mDistribution;
122        ClearRayQueue();
123}
124
125
126void GvsPreprocessor::ClearRayQueue()
127{
128        // clean ray queue
129        while (!mRayQueue.empty())
130        {
131                // handle next ray
132                VssRay *ray = mRayQueue.top();
133                mRayQueue.pop();
134
135                // note: deletion of the ray is handled by ray pool
136        }
137}
138
139
140ViewCell *GvsPreprocessor::NextViewCell()
141{
142        if (mProcessedViewCells == (int)mViewCells.size())
143                return NULL; // no more view cells
144
145        ViewCell *vc = mViewCells[mProcessedViewCells];
146
147   if (!vc->GetMesh())
148                mViewCellsManager->CreateMesh(vc);
149
150        mGvsStats.mViewCellId = vc->GetId();
151
152        Debug << "vc: " << vc->GetId() << endl;
153
154        ++ mProcessedViewCells;
155   
156        return vc;
157}
158
159
160int GvsPreprocessor::CheckDiscontinuity(const VssRay &currentRay,
161                                                                                const Triangle3 &hitTriangle,
162                                                                                const VssRay &oldRay)
163{
164        // the predicted hitpoint: we expect to hit the same mesh again
165        Vector3 predictedHit = CalcPredictedHitPoint(currentRay, hitTriangle, oldRay);
166
167        float predictedLen = Magnitude(predictedHit - currentRay.mOrigin);
168        float len = Magnitude(currentRay.mTermination - currentRay.mOrigin);
169       
170        // distance large => this is likely to be a discontinuity
171        if (!((predictedLen - len) > mThreshold))
172        // q: rather use relative distance?
173        //if ((predictedLen / len) > mThreshold)
174                return 0;
175
176        SimpleRay simpleRay;
177
178        // apply reverse sampling to find the gap
179        if (!ComputeReverseRay(currentRay, hitTriangle, oldRay, simpleRay))
180                return 0;
181
182        static VssRayContainer reverseRays;
183        reverseRays.clear();
184
185        if (DETERMINISTIC_GVS)
186        {
187                VssRay *reverseRay =
188                        mRayCaster->CastRay(simpleRay, mViewCellsManager->GetViewSpaceBox(), !mPerViewCell);
189
190                reverseRays.push_back(reverseRay);
191        }
192        else
193        {
194                float scale = 0.01f;
195
196                if (0)
197                        CastRayBundle4(simpleRay, reverseRays, mViewCellsManager->GetViewSpaceBox());
198                else
199                        CastRayBundle16(simpleRay, reverseRays, scale);
200        }
201
202        mGvsStats.mReverseSamples += (int)reverseRays.size();
203
204        EnqueueRays(reverseRays);
205
206        return (int)reverseRays.size();
207}
208
209
210int GvsPreprocessor::CountObject(Intersectable *triObj)
211{
212        int numObjects = 0;
213
214        if ((triObj->mCounter != (NOT_ACCOUNTED_OBJECT + 1)) &&
215                (triObj->mCounter != (ACCOUNTED_OBJECT + 1)))
216        {
217                ++ triObj->mCounter;
218                ++ numObjects;
219        }
220
221        mGenericStats[1] += numObjects;
222
223        return numObjects;
224}
225
226
227void GvsPreprocessor::UpdateStatsForVisualization(KdIntersectable *kdInt)
228{
229        int numObj = 0;
230
231        // count new objects in pvs due to kd node conversion   
232        myobjects.clear();
233        // also gather duplicates to avoid mailing
234        mKdTree->CollectObjectsWithDublicates(kdInt->GetItem(), myobjects);
235
236        ObjectContainer::const_iterator oit, oit_end = myobjects.end();
237
238        for (oit = myobjects.begin(); oit != oit_end; ++ oit)
239                numObj += CountObject(*oit);
240
241        mViewCellsManager->UpdateStatsForViewCell(mCurrentViewCell, kdInt, numObj);
242}       
243
244
245void GvsPreprocessor::AddKdNodeToPvs(const Vector3 &termination)
246{
247        kdPvsTimer.Entry();
248
249        // exchange the triangle with the node in the pvs for kd pvs
250        KdNode *node = mKdTree->GetPvsNode(termination);
251
252        //KdNode *node = mKdTree->GetPvsNodeCheck(ray.mTermination, obj);
253        //if (!node) cerr << "e " << obj->GetBox() << " " << ray.mTermination << endl; else
254        if (!node->Mailed())
255        {
256                // add to pvs
257                node->Mail();
258                KdIntersectable *kdInt = mKdTree->GetOrCreateKdIntersectable(node);
259                mCurrentViewCell->GetPvs().AddSampleDirty(kdInt, 1.0f);
260
261                if (QT_VISUALIZATION_SHOWN) UpdateStatsForVisualization(kdInt);
262        }
263
264        kdPvsTimer.Exit();
265}
266
267
268bool GvsPreprocessor::HasContribution(VssRay &ray)
269{
270        if (!ray.mTerminationObject)
271                return false;
272
273        contributionTimer.Entry();
274
275        bool result;
276
277        if (!mPerViewCell)
278        {
279                // store the rays + the intersected view cells
280                const bool storeViewCells = false;
281
282                mViewCellsManager->ComputeSampleContribution(ray,
283                                                                                                         true,
284                                                                                                         storeViewCells,
285                                                                                                         true);
286
287                result = ray.mPvsContribution > 0;
288        }
289        else // original per view cell gvs
290        {
291                // test if triangle was accounted for yet
292                result = AddTriangleObject(ray.mTerminationObject);
293               
294                if (mUseKdPvs)
295                        AddKdNodeToPvs(ray.mTermination);
296        }
297
298        contributionTimer.Exit();
299
300        return result;
301}
302
303
304bool GvsPreprocessor::HandleRay(VssRay *vssRay)
305{
306        if (!vssRay || !HasContribution(*vssRay))
307                return false;
308
309        if (0 && GVS_DEBUG)
310                mVssRays.push_back(new VssRay(*vssRay));
311
312        // add new ray to ray queue
313        mRayQueue.push(vssRay);
314
315        ++ mGvsStats.mTotalContribution;
316
317        return true;
318}
319
320
321/** Creates 3 new vertices for triangle vertex with specified index.
322*/
323void GvsPreprocessor::CreateDisplacedVertices(VertexContainer &vertices,
324                                                                                          const Triangle3 &hitTriangle,
325                                                                                          const VssRay &ray,
326                                                                                          const int index) const
327{
328        const int indexU = (index + 1) % 3;
329        const int indexL = (index == 0) ? 2 : index - 1;
330
331        const Vector3 a = hitTriangle.mVertices[index] - ray.GetOrigin();
332        const Vector3 b = hitTriangle.mVertices[indexU] - hitTriangle.mVertices[index];
333        const Vector3 c = hitTriangle.mVertices[index] - hitTriangle.mVertices[indexL];
334       
335        const float len = Magnitude(a);
336       
337        const Vector3 dir1 = Normalize(CrossProd(a, b)); //N((pi-xp)×(pi+1- pi));
338        const Vector3 dir2 = Normalize(CrossProd(a, c)); // N((pi-xp)×(pi- pi-1))
339        const Vector3 dir3 = DotProd(dir2, dir1) > 0 ? // N((pi-xp)×di,i-1+di,i+1×(pi-xp))
340                Normalize(dir2 + dir1) : Normalize(CrossProd(a, dir1) + CrossProd(dir2, a));
341
342        // compute the new three hit points
343        // pi, i + 1:  pi+ e·|pi-xp|·di, j
344        const Vector3 pt1 = hitTriangle.mVertices[index] + mEps * len * dir1;
345        // pi, i - 1:  pi+ e·|pi-xp|·di, j
346    const Vector3 pt2 = hitTriangle.mVertices[index] + mEps * len * dir2;
347        // pi, i:  pi+ e·|pi-xp|·di, j
348        const Vector3 pt3 = hitTriangle.mVertices[index] + mEps * len * dir3;
349       
350        vertices.push_back(pt2);
351        vertices.push_back(pt3);
352        vertices.push_back(pt1);
353}
354
355
356void GvsPreprocessor::EnlargeTriangle(VertexContainer &vertices,
357                                                                          const Triangle3 &hitTriangle,
358                                                                          const VssRay &ray) const
359{
360        CreateDisplacedVertices(vertices, hitTriangle, ray, 0);
361        CreateDisplacedVertices(vertices, hitTriangle, ray, 1);
362        CreateDisplacedVertices(vertices, hitTriangle, ray, 2);
363}
364
365
366Vector3 GvsPreprocessor::CalcPredictedHitPoint(const VssRay &newRay,
367                                                                                           const Triangle3 &hitTriangle,
368                                                                                           const VssRay &oldRay) const
369{
370        // find the intersection of the plane induced by the
371        // hit triangle with the new ray
372        Plane3 plane(hitTriangle.GetNormal(), hitTriangle.mVertices[0]);
373
374        const Vector3 hitPt =
375                plane.FindIntersection(newRay.mTermination, newRay.mOrigin);
376       
377        return hitPt;
378}
379
380
381static bool EqualVisibility(const VssRay &a, const VssRay &b)
382{
383        return a.mTerminationObject == b.mTerminationObject;
384}
385
386
387int GvsPreprocessor::SubdivideEdge(const Triangle3 &hitTriangle,
388                                                                   const Vector3 &p1,
389                                                                   const Vector3 &p2,
390                                                                   const VssRay &ray1,
391                                                                   const VssRay &ray2,
392                                                                   const VssRay &oldRay)
393{
394        //cout <<"y"<<Magnitude(p1 - p2) << " ";
395        int castRays = 0;
396
397        // cast reverse rays if necessary
398        castRays += CheckDiscontinuity(ray1, hitTriangle, oldRay);
399        castRays += CheckDiscontinuity(ray2, hitTriangle, oldRay);
400
401        if (EqualVisibility(ray1, ray2) || (SqrMagnitude(p1 - p2) <= MIN_DIST))
402        {
403                return castRays;
404        }
405       
406        // the new subdivision point
407        const Vector3 p = (p1 + p2) * 0.5f;
408        //cout << "p: " << p << " " << p1 << " " << p2 << endl;
409
410        SimpleRay sray(oldRay.mOrigin, p - oldRay.mOrigin, SamplingStrategy::GVS, 1.0f);
411
412        VssRay *newRay;
413
414        // cast single ray
415        castTimer.Entry();
416
417        // cast single ray to check if a triangle was missed. note: not efficient!!
418        newRay = mRayCaster->CastRay(sray, mViewCellsManager->GetViewSpaceBox(), !mPerViewCell);
419        castTimer.Exit();
420
421        ++ castRays;
422
423        // this ray will not be further processed
424        // note: ray deletion is handled by ray pool
425        if (!newRay) return castRays;
426
427        rayTimer.Entry();
428
429        // new triangle discovered? => add new ray to queue
430        HandleRay(newRay);
431
432        rayTimer.Exit();
433       
434        //newRay->mFlags |= VssRay::BorderSample;
435
436        // subdivide further
437        castRays += SubdivideEdge(hitTriangle, p1, p, ray1, *newRay, oldRay);
438        castRays += SubdivideEdge(hitTriangle, p, p2, *newRay, ray2, oldRay);
439       
440        return castRays;
441}
442
443
444int GvsPreprocessor::AdaptiveBorderSampling(const VssRay &currentRay)
445{
446        Intersectable *tObj = currentRay.mTerminationObject;
447
448        // question matt: can this be possible?
449        if (!tObj) return 0;
450
451        Triangle3 hitTriangle;
452
453        // other types not implemented yet
454        if (tObj->Type() == Intersectable::TRIANGLE_INTERSECTABLE)
455                hitTriangle = static_cast<TriangleIntersectable *>(tObj)->GetItem();
456        else
457                cout << "border sampling: " << Intersectable::GetTypeName(tObj) << " not yet implemented" << endl;
458
459        //cout << "type: " << Intersectable::GetTypeName(tObj) << endl;
460        generationTimer.Entry();
461
462        static VertexContainer enlargedTriangle;
463        enlargedTriangle.clear();
464
465        /// create 3 new hit points for each vertex
466        EnlargeTriangle(enlargedTriangle, hitTriangle, currentRay);
467       
468        /// create rays from sample points and handle them
469        static SimpleRayContainer simpleRays;
470        simpleRays.clear();
471
472        VertexContainer::const_iterator vit, vit_end = enlargedTriangle.end();
473
474        for (vit = enlargedTriangle.begin(); vit != vit_end; ++ vit)
475        {
476                const Vector3 rayDir = (*vit) - currentRay.GetOrigin();
477
478                SimpleRay sr(currentRay.GetOrigin(), rayDir, SamplingStrategy::GVS, 1.0f);
479                simpleRays.AddRay(sr); 
480        }
481
482        if (0)
483        {
484                // visualize enlarged triangles
485                VizStruct dummy;
486                dummy.enlargedTriangle = new Polygon3(enlargedTriangle);
487                dummy.originalTriangle = hitTriangle;
488                vizContainer.push_back(dummy);
489        }
490
491       
492        //////////
493        //-- fill up simple rays with random rays so we can cast 16 rays at a time
494
495        const int numRandomRays = 16 - (int)simpleRays.size();
496
497        if (!DETERMINISTIC_GVS)
498        {
499                if (0)
500                {
501                        SimpleRay mainRay = SimpleRay(currentRay.GetOrigin(),
502                                                          currentRay.GetNormalizedDir(),
503                                                                                  SamplingStrategy::GVS,
504                                                                                  1.0f);
505                       
506                        GenerateJitteredRays(simpleRays, mainRay, numRandomRays, 0, 0.01f);
507                }
508                else
509                        GenerateImportanceSamples(currentRay, hitTriangle, numRandomRays, simpleRays);
510        }
511        else
512                GenerateRays(numRandomRays, *mDistribution, simpleRays, sInvalidSamples);
513
514        generationTimer.Exit();
515
516        /////////////////////
517        //-- cast rays to vertices and determine visibility
518       
519        static VssRayContainer vssRays;
520        vssRays.clear();
521
522        // for the original implementation we don't cast double rays
523        const bool castDoubleRays = !mPerViewCell;
524        // cannot prune invalid rays because we have to compare adjacent rays
525        const bool pruneInvalidRays = false;
526
527        //gvsTimer.Entry();
528        castTimer.Entry();
529
530        CastRays(simpleRays, vssRays, castDoubleRays, pruneInvalidRays);
531       
532        castTimer.Exit();
533        //gvsTimer.Exit();
534
535        const int numBorderSamples = (int)vssRays.size() - numRandomRays;
536        int castRays = (int)simpleRays.size();
537
538        // handle cast rays
539        EnqueueRays(vssRays);
540
541        if (0)
542        {
543                // set flags
544                VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = vssRays.end();
545       
546                for (rit = vssRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
547                        (*rit)->mFlags |= VssRay::BorderSample;
548        }
549
550    // recursivly subdivide each edge
551        for (int i = 0; i < numBorderSamples; ++ i)
552        {
553                castRays += SubdivideEdge(hitTriangle,
554                                                                  enlargedTriangle[i],
555                                                                  enlargedTriangle[(i + 1) % numBorderSamples],
556                                                                  *vssRays[i],
557                                                                  *vssRays[(i + 1) % numBorderSamples],
558                                                                  currentRay);
559        }
560       
561        mGvsStats.mBorderSamples += castRays;
562       
563        return castRays;
564}
565
566
567int GvsPreprocessor::AdaptiveBorderSamplingOpt(const VssRay &currentRay)
568{
569        Intersectable *tObj = currentRay.mTerminationObject;
570
571        // question matt: can this be possible?
572        if (!tObj) return 0;
573
574        Triangle3 hitTriangle;
575
576        // other types not implemented yet
577        if (tObj->Type() == Intersectable::TRIANGLE_INTERSECTABLE)
578                hitTriangle = static_cast<TriangleIntersectable *>(tObj)->GetItem();
579        else
580                cout << "border sampling: " << Intersectable::GetTypeName(tObj) << " not yet implemented" << endl;
581
582        generationTimer.Entry();
583
584        static VertexContainer enlargedTriangle;
585        enlargedTriangle.clear();
586       
587        /// create 3 new hit points for each vertex
588        EnlargeTriangle(enlargedTriangle, hitTriangle, currentRay);
589
590        static VertexContainer subdivEnlargedTri;       
591        subdivEnlargedTri.clear();
592
593        for (size_t i = 0; i < enlargedTriangle.size(); ++ i)
594        {
595                const Vector3 p1 = enlargedTriangle[i];
596                const Vector3 p2 = enlargedTriangle[(i + 1) % enlargedTriangle.size()];
597
598                // the new subdivision point
599                const Vector3 p = (p1 + p2) * 0.5f;
600
601                subdivEnlargedTri.push_back(p1);
602                subdivEnlargedTri.push_back(p);
603        }
604
605        /// create rays from sample points and handle them
606        static SimpleRayContainer simpleRays;
607        simpleRays.clear();
608       
609        VertexContainer::const_iterator vit, vit_end = subdivEnlargedTri.end();
610
611        for (vit = subdivEnlargedTri.begin(); vit != vit_end; ++ vit)
612        {
613                const Vector3 rayDir = (*vit) - currentRay.GetOrigin();
614
615                SimpleRay sr(currentRay.GetOrigin(), rayDir, SamplingStrategy::GVS, 1.0f);
616                simpleRays.AddRay(sr); 
617        }
618
619       
620        //////////
621        //-- fill up simple rays with random rays so we can cast 16 rays at a time
622
623        const int numRandomRays = 16 - ((int)simpleRays.size() % 16);
624
625        SimpleRay mainRay = SimpleRay(currentRay.GetOrigin(),
626                                                                  currentRay.GetNormalizedDir(),
627                                                                  SamplingStrategy::GVS, 1.0f);
628
629        GenerateJitteredRays(simpleRays, mainRay, numRandomRays, 0, 0.01f);
630        //GenerateRays(numRandomRays, *mDistribution, simpleRays, sInvalidSamples);
631
632        generationTimer.Exit();
633
634
635        /////////////////////
636        //-- cast rays to vertices and determine visibility
637       
638        static VssRayContainer vssRays;
639        vssRays.clear();
640
641        // for the original implementation we don't cast double rays
642        const bool castDoubleRays = !mPerViewCell;
643        // cannot prune invalid rays because we have to compare adjacent rays
644        const bool pruneInvalidRays = false;
645
646        //if ((simpleRays.size() % 16) != 0) cerr << "ray size not aligned" << endl;
647       
648        //gvsTimer.Entry();
649        castTimer.Entry();
650
651        CastRays(simpleRays, vssRays, castDoubleRays, pruneInvalidRays);
652       
653        castTimer.Exit();
654        //gvsTimer.Exit();
655
656        const int numBorderSamples = (int)vssRays.size() - numRandomRays;
657        int castRays = (int)simpleRays.size();
658
659        // handle cast rays
660        EnqueueRays(vssRays);
661       
662#if 0
663       
664    // recursivly subdivide each edge
665        for (int i = 0; i < numBorderSamples; ++ i)
666        {
667                castRays += SubdivideEdge(hitTriangle,
668                                                                  subdivEnlargedTri[i],
669                                                                  subdivEnlargedTri[(i + 1) % numBorderSamples],
670                                                                  *vssRays[i],
671                                                                  *vssRays[(i + 1) % numBorderSamples],
672                                                                  currentRay);
673        }
674       
675#endif
676
677
678        mGvsStats.mBorderSamples += castRays;
679       
680        return castRays;
681}
682
683
684bool GvsPreprocessor::GetPassingPoint(const VssRay &currentRay,
685                                                                          const Triangle3 &occluder,
686                                                                          const VssRay &oldRay,
687                                                                          Vector3 &newPoint) const
688{
689        /////////////////////////
690        //-- We interserct the plane p = (xp, hit(x), hit(xold))
691        //-- with the newly found occluder (xold is the previous ray from
692        //-- which x was generated). On the intersecting line, we select a point
693        //-- pnew which lies just outside of the new triangle so the ray
694        //-- just passes through the gap
695
696        const Plane3 plane(currentRay.GetOrigin(),
697                                           currentRay.GetTermination(),
698                                           oldRay.GetTermination());
699       
700        Vector3 pt1, pt2;
701
702        if (!occluder.GetPlaneIntersection(plane, pt1, pt2))
703                return false;
704
705        // get the intersection point on the old ray
706        const Plane3 triPlane(occluder.GetNormal(), occluder.mVertices[0]);
707
708        const float t = triPlane.FindT(oldRay.mOrigin, oldRay.mTermination);
709        const Vector3 pt3 = oldRay.mOrigin + t * (oldRay.mTermination - oldRay.mOrigin);
710
711        // evaluate new hitpoint just outside the triangle
712        // the point is chosen to be on the side closer to the original ray
713        if (SqrDistance(pt1, pt3) < SqrDistance(pt2, pt3))
714                newPoint = pt1 + mEps * (pt1 - pt2);
715        else
716                newPoint = pt2 + mEps * (pt2 - pt1);
717
718        //cout << "passing point: " << newPoint << endl << endl;
719        return true;
720}
721
722
723bool GvsPreprocessor::ComputeReverseRay(const VssRay &currentRay,
724                                                                                const Triangle3 &hitTriangle,
725                                                                                const VssRay &oldRay,
726                                                                                SimpleRay &reverseRay)
727{
728        // get triangle occluding the path to the hit mesh
729        Triangle3 occluder;
730        Intersectable *tObj = currentRay.mTerminationObject;
731
732        // q: why can this happen?
733        if (!tObj)
734                return false;
735
736        // other types not implemented yet
737        if (tObj->Type() == Intersectable::TRIANGLE_INTERSECTABLE)
738                occluder = static_cast<TriangleIntersectable *>(tObj)->GetItem();
739        else
740                cout << "reverse sampling: " << tObj->Type() << " not yet implemented" << endl;
741       
742        // get a point which is passing just outside of the occluder
743    Vector3 newPoint;
744
745        // q: why is there sometimes no intersecton found?
746        if (!GetPassingPoint(currentRay, occluder, oldRay, newPoint))
747                return false;
748
749        const Vector3 predicted = CalcPredictedHitPoint(currentRay, hitTriangle, oldRay);
750
751        Vector3 newDir, newOrigin;
752
753        //////////////
754        //-- Construct the mutated ray with xnew,
755        //-- dir = predicted(x)- pnew as direction vector
756
757        newDir = predicted - newPoint;
758
759        // take xnew, p = intersect(viewcell, line(pnew, predicted(x)) as origin ?
760        // difficult to say!!
761        const float offset = 0.5f;
762        newOrigin = newPoint - newDir * offset;
763       
764
765        //////////////
766        //-- for per view cell sampling, we must check for intersection
767        //-- with the current view cell
768
769    if (mPerViewCell)
770        {
771                // send ray to view cell
772                static Ray ray;
773
774                ray.Clear();
775                ray.Init(newOrigin, -newDir, Ray::LOCAL_RAY);
776               
777                // check if ray intersects view cell
778                if (!mCurrentViewCell->CastRay(ray))
779                        return NULL;
780
781                Ray::Intersection &hit = ray.intersections[0];
782       
783                // the ray starts from the view cell
784                newOrigin = ray.Extrap(hit.mT);
785        }
786
787        reverseRay = SimpleRay(newOrigin, newDir, SamplingStrategy::GVS, 1.0f);
788
789        return true;
790}
791
792
793int GvsPreprocessor::CastInitialSamples(int numSamples)
794{       
795        initialTimer.Entry();
796
797        // generate simple rays
798        static SimpleRayContainer simpleRays;
799        simpleRays.clear();
800
801        generationTimer.Entry();
802
803        if (mUseProbablyVisibleSampling)// && (RandomValue(0, 1) > 0.5))
804        {
805                ProbablyVisibleDistribution distr(*this, mCurrentViewCell, &mProbablyVisibleTriangles);
806                GenerateRays(numSamples, distr, simpleRays, sInvalidSamples);
807        }
808        else
809        {
810                GenerateRays(DETERMINISTIC_GVS ? numSamples : numSamples / 16, *mDistribution, simpleRays, sInvalidSamples);
811        }
812
813        generationTimer.Exit();
814
815        // cast generated samples
816        static VssRayContainer vssRays;
817        vssRays.clear();
818
819        castTimer.Entry();
820
821        if (DETERMINISTIC_GVS)
822        {
823                const bool castDoubleRays = !mPerViewCell;
824                const bool pruneInvalidRays = false;
825                //const bool pruneInvalidRays = true;
826
827                CastRays(simpleRays, vssRays, castDoubleRays, pruneInvalidRays);
828        }
829        else
830        {
831                float scale = 0.1f;
832                if (0)
833                        // casting bundles of 4 rays generated from the simple rays
834                        CastRayBundles4(simpleRays, vssRays);
835                else
836                        CastRayBundles16(simpleRays, vssRays, scale);
837        }
838
839        castTimer.Exit();
840
841        // add to ray queue
842        EnqueueRays(vssRays);
843
844        initialTimer.Exit();
845
846        return (int)vssRays.size();
847}
848
849
850void GvsPreprocessor::EnqueueRays(VssRayContainer &samples)
851{
852        rayTimer.Entry();
853
854        // add samples to ray queue
855        VssRayContainer::const_iterator vit, vit_end = samples.end();
856        for (vit = samples.begin(); vit != vit_end; ++ vit)
857        {
858                VssRay *ray = *vit;
859                HandleRay(ray);
860                // note: deletion of invalid samples handked by ray pool
861        }
862
863        rayTimer.Exit();
864}
865
866
867int GvsPreprocessor::ProcessQueue()
868{
869        gvsTimer.Entry();
870
871        ++ mGvsStats.mGvsRuns;
872
873        int castSamples = 0;
874
875        while (!mRayQueue.empty())
876        {
877                // handle next ray
878                VssRay *ray = mRayQueue.top();
879                mRayQueue.pop();
880               
881                if (1)
882                        castSamples += AdaptiveBorderSampling(*ray);
883                else
884                        castSamples += AdaptiveBorderSamplingOpt(*ray);
885                // note: don't have to delete because handled by ray pool
886        }
887
888        gvsTimer.Exit();
889
890        return castSamples;
891}
892
893
894void ExportVssRays(Exporter *exporter, const VssRayContainer &vssRays)
895{
896        VssRayContainer vcRays, vcRays2, vcRays3;
897
898        VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = vssRays.end();
899
900        // prepare some rays for output
901        for (rit = vssRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
902        {
903                //const float p = RandomValue(0.0f, (float)vssRays.size());
904
905                if (1)//(p < raysOut)
906                {
907                        if ((*rit)->mFlags & VssRay::BorderSample)
908                                vcRays.push_back(*rit);
909                        else if ((*rit)->mFlags & VssRay::ReverseSample)
910                                vcRays2.push_back(*rit);
911                        else
912                                vcRays3.push_back(*rit);
913                }
914        }
915
916        exporter->ExportRays(vcRays, RgbColor(1, 0, 0));
917        exporter->ExportRays(vcRays2, RgbColor(0, 1, 0));
918        exporter->ExportRays(vcRays3, RgbColor(1, 1, 1));
919}
920
921
922void GvsPreprocessor::VisualizeViewCell(const ObjectContainer &objects)
923{
924    Intersectable::NewMail();
925        Material m;
926       
927        char str[64]; sprintf_s(str, "pass%06d.wrl", mProcessedViewCells);
928
929        Exporter *exporter = Exporter::GetExporter(str);
930        if (!exporter)
931                return;
932
933        ObjectContainer::const_iterator oit, oit_end = objects.end();
934
935        for (oit = objects.begin(); oit != oit_end; ++ oit)
936        {
937                Intersectable *intersect = *oit;
938               
939                m = RandomMaterial();
940                exporter->SetForcedMaterial(m);
941                exporter->ExportIntersectable(intersect);
942        }
943
944        cout << "vssrays: " << (int)mVssRays.size() << endl;
945        ExportVssRays(exporter, mVssRays);
946
947
948        /////////////////
949        //-- export view cell geometry
950
951        //exporter->SetWireframe();
952
953        m.mDiffuseColor = RgbColor(0, 1, 0);
954        exporter->SetForcedMaterial(m);
955
956        AxisAlignedBox3 bbox = mCurrentViewCell->GetMesh()->mBox;
957        exporter->ExportBox(bbox);
958        //exporter->SetFilled();
959
960        delete exporter;
961}
962
963
964void GvsPreprocessor::VisualizeViewCells()
965{
966        char str[64]; sprintf_s(str, "tmp/pass%06d_%04d-", mProcessedViewCells, mPass);
967                       
968        // visualization
969        if (mGvsStats.mPassContribution > 0)
970        {
971                const bool exportRays = true;
972                const bool exportPvs = true;
973
974                mViewCellsManager->ExportSingleViewCells(mObjects,
975                                                                                                 10,
976                                                                                                 false,
977                                                                                                 exportPvs,
978                                                                                                 exportRays,
979                                                                                                 1000,
980                                                                                                 str);
981        }
982
983        // remove pass samples
984        ViewCellContainer::const_iterator vit, vit_end = mViewCellsManager->GetViewCells().end();
985
986        for (vit = mViewCellsManager->GetViewCells().begin(); vit != vit_end; ++ vit)
987        {
988                (*vit)->DelRayRefs();
989        }
990}
991
992
993void GvsPreprocessor::CompileViewCellsFromPointList()
994{
995        ViewCell::NewMail();
996
997        // Receive list of view cells from view cells manager
998        ViewCellPointsList *vcPoints = mViewCellsManager->GetViewCellPointsList();
999
1000        vector<ViewCellPoints *>::const_iterator vit, vit_end = vcPoints->end();
1001
1002        for (vit = vcPoints->begin(); vit != vit_end; ++ vit)
1003        {
1004                ViewCellPoints *vp = *vit;
1005
1006                if (vp->first) // view cell  specified
1007                {
1008                        ViewCell *viewCell = vp->first;
1009
1010                        if (!viewCell->Mailed())
1011                        {
1012                                viewCell->Mail();
1013                                mViewCells.push_back(viewCell);
1014
1015                                if (mViewCells.size() >= mMaxViewCells)
1016                                        break;
1017                        }
1018                }
1019                else // no view cell specified => compute view cells using view point
1020                {
1021                        SimpleRayContainer::const_iterator rit, rit_end = vp->second.end();
1022
1023                        for (rit = vp->second.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
1024                        {
1025                                SimpleRay ray = *rit;
1026
1027                                ViewCell *viewCell = mViewCellsManager->GetViewCell(ray.mOrigin);
1028
1029                                if (viewCell && !viewCell->Mailed())
1030                                {
1031                                        viewCell->Mail();
1032                                        mViewCells.push_back(viewCell);
1033
1034                                        if (mViewCells.size() >= mMaxViewCells)
1035                                                break;
1036                                }
1037                        }
1038                }
1039        }
1040}
1041
1042
1043void GvsPreprocessor::CompileViewCellsList()
1044{
1045        if (!mViewCellsManager->GetViewCellPointsList()->empty())
1046        {
1047                cout << "processing view point list" << endl;
1048                CompileViewCellsFromPointList();
1049        }
1050        else
1051        {
1052                ViewCell::NewMail();
1053
1054                while ((int)mViewCells.size() < mMaxViewCells)
1055                {
1056                        const int tries = 10000;
1057                        int i = 0;
1058
1059                        for (i = 0; i < tries; ++ i)
1060                        {
1061                                const int idx = (int)RandomValue(0.0f, (float)mViewCellsManager->GetNumViewCells() - 0.5f);
1062
1063                                ViewCell *viewCell = mViewCellsManager->GetViewCell(idx);
1064
1065                                if (!viewCell->Mailed())
1066                                {
1067                                        viewCell->Mail();
1068                                        break;
1069                                }
1070
1071                                mViewCells.push_back(viewCell);
1072                        }
1073
1074                        if (i == tries)
1075                        {
1076                                cerr << "big error! no view cell found" << endl;
1077                                break;
1078                        }
1079                }
1080        }
1081
1082        cout << "\ncomputing list of " << mViewCells.size() << " view cells" << endl;
1083}
1084
1085
1086void GvsPreprocessor::ComputeViewCellGeometryIntersection()
1087{
1088        intersectionTimer.Entry();
1089
1090        AxisAlignedBox3 box = mCurrentViewCell->GetBox();
1091
1092        int oldTrianglePvs = (int)mTrianglePvs.size();
1093        int newKdObj = 0;
1094
1095        // compute pvs kd nodes that intersect view cell
1096        ObjectContainer kdobjects;
1097
1098        // find intersecting objects not in pvs (i.e., only unmailed)
1099        mKdTree->CollectKdObjects(box, kdobjects);
1100
1101        ObjectContainer pvsKdObjects;
1102
1103        ObjectContainer::const_iterator oit, oit_end = kdobjects.end();
1104
1105        for (oit = kdobjects.begin(); oit != oit_end; ++ oit)
1106        {
1107        KdIntersectable *kdInt = static_cast<KdIntersectable *>(*oit);
1108       
1109                myobjects.clear();
1110                mKdTree->CollectObjectsWithDublicates(kdInt->GetItem(), myobjects);
1111
1112                // account for kd object pvs
1113                bool addkdobj = false;
1114
1115                ObjectContainer::const_iterator oit, oit_end = myobjects.end();
1116
1117                for (oit = myobjects.begin(); oit != oit_end; ++ oit)
1118                {
1119                        TriangleIntersectable *triObj = static_cast<TriangleIntersectable *>(*oit);
1120             
1121                        // test if the triangle itself intersects
1122                        if (box.Intersects(triObj->GetItem()))
1123                                addkdobj = AddTriangleObject(triObj);
1124                }
1125               
1126                // add node to kd pvs
1127                if (1 && addkdobj)
1128                {
1129                        ++ newKdObj;
1130                        mCurrentViewCell->GetPvs().AddSampleDirty(kdInt, 1.0f);
1131                        //mCurrentViewCell->GetPvs().AddSampleDirtyCheck(kdInt, 1.0f);
1132                        if (QT_VISUALIZATION_SHOWN) UpdateStatsForVisualization(kdInt);
1133                }
1134        }
1135
1136        cout << "added " << (int)mTrianglePvs.size() - oldTrianglePvs << " triangles (" << newKdObj << " objects) by intersection" << endl;
1137
1138        intersectionTimer.Exit();
1139}
1140
1141
1142void GvsPreprocessor::PerViewCellComputation()
1143{
1144        while (mCurrentViewCell = NextViewCell())
1145        {
1146                preparationTimer.Entry();
1147
1148                // hack: reset counters (could be done with a mailing-like approach
1149                ObjectContainer::const_iterator oit, oit_end = mObjects.end();
1150                for (oit = mObjects.begin(); oit != oit_end; ++ oit)
1151                        (*oit)->mCounter = NOT_ACCOUNTED_OBJECT;
1152
1153                preparationTimer.Exit();
1154
1155                mDistribution->SetViewCell(mCurrentViewCell);
1156
1157        ComputeViewCell();
1158        }
1159}
1160
1161
1162void GvsPreprocessor::PerViewCellComputation2()
1163{
1164        while (1)
1165        {
1166                if (!mRendererWidget)
1167                        continue;
1168
1169        mCurrentViewCell = mViewCellsManager->GetViewCell(mRendererWidget->GetViewPoint());
1170
1171                // no valid view cell or view cell already computed
1172                if (!mCurrentViewCell || !mCurrentViewCell->GetPvs().Empty() || !mRendererWidget->mComputeGVS)
1173                        continue;
1174
1175                mRendererWidget->mComputeGVS = false;
1176                // hack: reset counters
1177                ObjectContainer::const_iterator oit, oit_end = mObjects.end();
1178
1179                for (oit = mObjects.begin(); oit != oit_end; ++ oit)
1180                        (*oit)->mCounter = NOT_ACCOUNTED_OBJECT;
1181
1182                ComputeViewCell();
1183                ++ mProcessedViewCells;
1184        }
1185}
1186
1187
1188void GvsPreprocessor::StorePvs(const ObjectContainer &objectPvs)
1189{
1190        ObjectContainer::const_iterator oit, oit_end = objectPvs.end();
1191
1192        for (oit = objectPvs.begin(); oit != oit_end; ++ oit)
1193        {
1194                mCurrentViewCell->GetPvs().AddSample(*oit, 1);
1195        }
1196}
1197
1198
1199void GvsPreprocessor::UpdatePvs(ViewCell *currentViewCell)
1200{
1201        ObjectPvs newPvs;
1202        BvhLeaf::NewMail();
1203
1204        ObjectPvsIterator pit = currentViewCell->GetPvs().GetIterator();
1205
1206        // output PVS of view cell
1207        while (pit.HasMoreEntries())
1208        {               
1209                Intersectable *intersect = pit.Next();
1210
1211                BvhLeaf *bv = intersect->mBvhLeaf;
1212
1213                if (!bv || bv->Mailed())
1214                        continue;
1215               
1216                bv->Mail();
1217
1218                //m.mDiffuseColor = RgbColor(1, 0, 0);
1219                newPvs.AddSampleDirty(bv, 1.0f);
1220        }
1221
1222        newPvs.SimpleSort();
1223
1224        currentViewCell->SetPvs(newPvs);
1225}
1226
1227 
1228void GvsPreprocessor::GetObjectPvs(ObjectContainer &objectPvs) const
1229{
1230        BvhLeaf::NewMail();
1231
1232        objectPvs.reserve((int)mTrianglePvs.size());
1233
1234        ObjectContainer::const_iterator oit, oit_end = mTrianglePvs.end();
1235
1236        for (oit = mTrianglePvs.begin(); oit != oit_end; ++ oit)
1237        {
1238                Intersectable *intersect = *oit;
1239       
1240                BvhLeaf *bv = intersect->mBvhLeaf;
1241
1242                // hack: reset counter
1243                (*oit)->mCounter = NOT_ACCOUNTED_OBJECT;
1244
1245                if (!bv || bv->Mailed())
1246                        continue;
1247
1248                bv->Mail();
1249                objectPvs.push_back(bv);
1250        }
1251}
1252
1253
1254void GvsPreprocessor::GlobalComputation()
1255{
1256        int passSamples = 0;
1257        int randomSamples = 0;
1258        int gvsSamples = 0;
1259        int oldContribution = 0;
1260
1261        while (mGvsStats.mTotalSamples < mTotalSamples)
1262        {
1263                mRayCaster->InitPass();
1264
1265                int newRandomSamples, newGvsSamples;
1266
1267                // Ray queue empty =>
1268                // cast a number of uniform samples to fill ray queue
1269                newRandomSamples = CastInitialSamples(mInitialSamples);
1270               
1271                if (!mOnlyRandomSampling)
1272                        newGvsSamples = ProcessQueue();
1273
1274                passSamples += newRandomSamples + newGvsSamples;
1275                mGvsStats.mTotalSamples += newRandomSamples + newGvsSamples;
1276
1277                mGvsStats.mRandomSamples += newRandomSamples;
1278                mGvsStats.mGvsSamples += newGvsSamples;
1279
1280
1281                if (passSamples % (mGvsSamplesPerPass + 1) == mGvsSamplesPerPass)
1282                {
1283                        ++ mPass;
1284
1285                        mGvsStats.mPassContribution = mGvsStats.mTotalContribution - oldContribution;
1286                       
1287                        ////////
1288                        //-- stats
1289
1290                        //cout << "\nPass " << mPass << " #samples: " << mGvsStats.mTotalSamples << " of " << mTotalSamples << endl;
1291                        mGvsStats.mPass = mPass;
1292                        mGvsStats.Stop();
1293                        mGvsStats.Print(mGvsStatsStream);
1294
1295                        // reset
1296                        oldContribution = mGvsStats.mTotalContribution;
1297                        mGvsStats.mPassContribution = 0;
1298                        passSamples = 0;
1299
1300                        if (GVS_DEBUG)
1301                                VisualizeViewCells();
1302                }
1303        }
1304}
1305
1306
1307bool GvsPreprocessor::ComputeVisibility()
1308{
1309        cout << "Gvs Preprocessor started\n" << flush;
1310        const long startTime = GetTime();
1311
1312        //Randomize(0);
1313        mGvsStats.Reset();
1314        mGvsStats.Start();
1315
1316        if (!mLoadViewCells)
1317        {       
1318                /// construct the view cells from the scratch
1319                ConstructViewCells();
1320                // reset pvs already gathered during view cells construction
1321                mViewCellsManager->ResetPvs();
1322                cout << "finished view cell construction" << endl;
1323        }
1324
1325        if (mPerViewCell)
1326        {
1327#if 1
1328                // provide list of view cells to compute
1329                CompileViewCellsList();
1330
1331                // start per view cell gvs
1332                PerViewCellComputation();
1333#else
1334                PerViewCellComputation2();
1335
1336#endif
1337        }
1338        else
1339        {
1340                GlobalComputation();
1341        }
1342
1343        cout << "cast " << mGvsStats.mTotalSamples / (1e3f * TimeDiff(startTime, GetTime())) << "M single rays/s" << endl;
1344
1345        if (GVS_DEBUG)
1346        {
1347                Visualize();
1348                CLEAR_CONTAINER(mVssRays);
1349        }
1350       
1351        // export the preprocessed information to a file
1352        if (0 && mExportVisibility)
1353                ExportPreprocessedData(mVisibilityFileName);
1354       
1355        // compute the pixel error of this visibility solution
1356        if (0 && mEvaluatePixelError)
1357                ComputeRenderError();
1358
1359        return true;
1360}
1361
1362
1363void GvsPreprocessor::DeterminePvsObjects(VssRayContainer &rays)
1364{
1365        // store triangle directly
1366        mViewCellsManager->DeterminePvsObjects(rays, true);
1367}
1368
1369
1370void GvsPreprocessor::Visualize()
1371{
1372        Exporter *exporter = Exporter::GetExporter("gvs.wrl");
1373
1374        if (!exporter)
1375                return;
1376       
1377        vector<VizStruct>::const_iterator vit, vit_end = vizContainer.end();
1378       
1379        for (vit = vizContainer.begin(); vit != vit_end; ++ vit)
1380        {
1381                exporter->SetWireframe();
1382                exporter->ExportPolygon((*vit).enlargedTriangle);
1383                //Material m;
1384                exporter->SetFilled();
1385                Polygon3 poly = Polygon3((*vit).originalTriangle);
1386                exporter->ExportPolygon(&poly);
1387        }
1388
1389        VssRayContainer::const_iterator rit, rit_end = mVssRays.end();
1390
1391        for (rit = mVssRays.begin(); rit != rit_end; ++ rit)
1392        {
1393                Intersectable *obj = (*rit)->mTerminationObject;
1394                exporter->ExportIntersectable(obj);
1395        }
1396
1397        ExportVssRays(exporter, mVssRays);
1398       
1399        delete exporter;
1400}
1401
1402
1403void GvsStatistics::Print(ostream &app) const
1404{
1405        app << "#ViewCells\n" << mViewCells << endl;
1406        app << "#Id\n" << mViewCellId << endl;
1407        app << "#Time\n" << mTimePerViewCell << endl;;
1408        app << "#TriPvs\n" << mTrianglePvs << endl;
1409        app << "#ObjectPvs\n" << mPerViewCellPvs << endl;
1410        app << "#UpdatedPvs\n" << (int)mPvsCost << endl;
1411
1412        app << "#PerViewCellSamples\n" << mPerViewCellSamples << endl;
1413        app << "#RaysPerSec\n" << RaysPerSec() << endl;
1414       
1415        app << "#TotalPvs\n" << mTotalPvs << endl;
1416        app << "#TotalTime\n" << mTotalTime << endl;
1417        app << "#TotalSamples\n" << mTotalSamples << endl;
1418
1419        app << "#AvgPvs: " << mPvsCost / mViewCells << endl;
1420        app << "#TotalTrianglePvs\n" << mTotalTrianglePvs << endl;
1421       
1422        if (0)
1423        {
1424                app << "#ReverseSamples\n" << mReverseSamples << endl;
1425                app << "#BorderSamples\n" << mBorderSamples << endl;
1426
1427                app << "#Pass\n" << mPass << endl;
1428                app << "#ScDiff\n" << mPassContribution << endl;
1429                app << "#GvsRuns\n" << mGvsRuns << endl;       
1430
1431                app     << "#SamplesContri\n" << mTotalContribution << endl;
1432        }
1433
1434        app << endl;
1435}
1436
1437
1438void GvsPreprocessor::ComputeViewCell()
1439{
1440        const long startTime = GetTime();
1441
1442        // initialise
1443        mGvsStats.mPerViewCellSamples = 0;
1444        mGvsStats.mRandomSamples = 0;
1445        mGvsStats.mGvsSamples = 0;
1446        mUseProbablyVisibleSampling = false;
1447        //renderer->mPvsStat.currentPass = 0;
1448
1449        mPass = 0;
1450
1451        int oldContribution = 0;
1452        int passSamples = 0;
1453
1454        for (int i = 0; i < 2; ++ i)
1455                mGenericStats[i] = 0;
1456
1457        mTrianglePvs.clear();
1458
1459
1460        // hack: take bounding box of view cell as view cell bounds
1461        mCurrentViewCell->GetMesh()->ComputeBoundingBox();
1462
1463        // use mailing for kd node pvs
1464        KdNode::NewMail();
1465
1466        cout << "\n***********************\n"
1467                << "computing view cell " << mProcessedViewCells
1468                << " (id: " << mCurrentViewCell->GetId() << ")" << endl;
1469        cout << "bb: " << mCurrentViewCell->GetBox() << endl;
1470
1471        mainLoopTimer.Entry();
1472
1473        while (1)
1474        {
1475                sInvalidSamples = 0;
1476                int oldPvsSize = mCurrentViewCell->GetPvs().GetSize();
1477               
1478                mRayCaster->InitPass();
1479
1480                int newRandomSamples, newGvsSamples, newSamples;
1481
1482                // Ray queue empty =>
1483                // cast a number of uniform samples to fill ray queue
1484                newRandomSamples = CastInitialSamples(mInitialSamples);
1485               
1486                //if (!mUseProbablyVisibleSampling && !mOnlyRandomSampling)
1487                if (!mOnlyRandomSampling)
1488                        newGvsSamples = ProcessQueue();
1489
1490                newSamples = newRandomSamples + newGvsSamples;
1491
1492                passSamples += newSamples;
1493                mGvsStats.mPerViewCellSamples += newSamples;
1494
1495                mGvsStats.mRandomSamples += newRandomSamples;
1496                mGvsStats.mGvsSamples += newGvsSamples;
1497
1498
1499                if (passSamples >= mGvsSamplesPerPass)
1500                {
1501                        if (GVS_DEBUG) VisualizeViewCell(mTrianglePvs);
1502
1503                        //const bool convertPerPass = true;
1504                        const bool convertPerPass = false;
1505
1506                        if (convertPerPass)
1507                        {       
1508                                int newObjects = ConvertObjectPvs();
1509
1510                                cout << "added " << newObjects << " triangles to triangle pvs" << endl;
1511                                mGvsStats.mTotalContribution += newObjects;
1512                        }
1513
1514                        ++ mPass;
1515                        mGvsStats.mPassContribution = mGvsStats.mTotalContribution - oldContribution;
1516
1517                        if (mGvsStats.mPassContribution < 2000)
1518                                mUseProbablyVisibleSampling = true;
1519                       
1520                        if (mUseProbablyVisibleSampling)
1521                                PrepareProbablyVisibleSampling();
1522
1523
1524                        ////////
1525                        //-- stats
1526
1527                        mGvsStats.mPass = mPass;
1528
1529                        cout << "\nPass " << mPass << " #samples: " << mGvsStats.mPerViewCellSamples << endl;
1530                        cout << "contribution=" << mGvsStats.mPassContribution << " (of " << mMinContribution << ")" << endl;
1531                        cout << "obj contri=" << mCurrentViewCell->GetPvs().GetSize() - oldPvsSize << " (of " << mMinContribution << ")" << endl;
1532
1533                        // termination criterium
1534                        if (mGvsStats.mPassContribution < mMinContribution)
1535                                break;
1536
1537                        // reset stats
1538                        oldContribution = mGvsStats.mTotalContribution;
1539                        mGvsStats.mPassContribution = 0;
1540                        passSamples = 0;
1541                       
1542                        // compute the pixel error of this visibility solution
1543                        if (0 && mEvaluatePixelError)
1544                                ComputeRenderError();
1545                }
1546        }
1547       
1548        mainLoopTimer.Exit();
1549
1550        // at last compute objects that directly intersect view cell
1551        ComputeViewCellGeometryIntersection();
1552               
1553        // compute the pixel error of this visibility solution
1554        if (mEvaluatePixelError)
1555                ComputeRenderError();
1556
1557        ////////
1558        //-- stats
1559
1560        // timing
1561        mGvsStats.mTimePerViewCell = TimeDiff(startTime, GetTime()) * 1e-3f;
1562
1563        ComputeStats();
1564}
1565
1566
1567void GvsPreprocessor::ComputeStats()
1568{
1569        // compute pvs size using larger (bvh objects)
1570        // note: for kd pvs we had to do this during gvs computation
1571        if (!mUseKdPvs)
1572        {
1573                ObjectContainer objectPvs;
1574
1575                // optain object pvs
1576                GetObjectPvs(objectPvs);
1577
1578                // add pvs
1579                ObjectContainer::const_iterator it, it_end = objectPvs.end();
1580
1581                for (it = objectPvs.begin(); it != it_end; ++ it)
1582                {
1583                        mCurrentViewCell->GetPvs().AddSampleDirty(*it, 1.0f);
1584                }
1585
1586                cout << "triangle pvs of " << (int)mTrianglePvs.size()
1587                        << " was converted to object pvs of " << (int)objectPvs.size() << endl;
1588
1589                mGvsStats.mPerViewCellPvs = (int)objectPvs.size();
1590                mGvsStats.mPvsCost = 0; // todo objectPvs.EvalPvsCost();
1591        }
1592        else
1593        {
1594                 if (0) // compute pvs kd nodes that intersect view cell
1595                 {
1596                         ObjectContainer mykdobjects;
1597
1598                         // extract kd pvs
1599                         ObjectContainer::const_iterator it, it_end = mTrianglePvs.end();
1600
1601                         for (it = mTrianglePvs.begin(); it != it_end; ++ it)
1602                         {
1603                                 Intersectable *obj = *it;
1604                                 // find intersecting objects not yet in pvs (i.e., only unmailed)
1605                                 mKdTree->CollectKdObjects(obj->GetBox(), mykdobjects);
1606                         }
1607
1608                         // add pvs
1609                         it_end = mykdobjects.end();
1610
1611                         for (it = mykdobjects.begin(); it != it_end; ++ it)
1612                         {
1613                                 mCurrentViewCell->GetPvs().AddSampleDirty(*it, 1.0f);
1614                         }
1615                 
1616                         cout << "added " << (int)mykdobjects.size() << " new objects " << endl;
1617                 }
1618
1619                 mGvsStats.mPerViewCellPvs = mCurrentViewCell->GetPvs().GetSize();
1620                 mGvsStats.mPvsCost = mCurrentViewCell->GetPvs().EvalPvsCost();
1621
1622        }
1623
1624        mGvsStats.mTrianglePvs = (int)mTrianglePvs.size();
1625
1626
1627        ////////////////
1628        // global values
1629
1630        mGvsStats.mViewCells = mProcessedViewCells;
1631        mGvsStats.mTotalTrianglePvs += mGvsStats.mTrianglePvs;
1632        mGvsStats.mTotalTime += mGvsStats.mTimePerViewCell;
1633    mGvsStats.mTotalPvs += mGvsStats.mPerViewCellPvs;
1634        mGvsStats.mTotalSamples += mGvsStats.mPerViewCellSamples;
1635
1636        cout << "id: " << mCurrentViewCell->GetId() << endl;
1637        cout << "pvs cost "  << mGvsStats.mPvsCost / 1000000 << " M" << endl;
1638        cout << "pvs tri: " << mTrianglePvs.size() << endl;
1639        cout << "samples: " << mGvsStats.mTotalSamples / 1000000 << " M" << endl;
1640        printf("contri: %f tri / K rays\n", 1000.0f * (float)mTrianglePvs.size() / mGvsStats.mTotalSamples);
1641
1642        //cout << "invalid samples ratio: " << (float)sInvalidSamples / mGvsStats.mPerViewCellSamples << endl;
1643
1644        double rayTime = rayTimer.TotalTime();
1645        double kdPvsTime = kdPvsTimer.TotalTime();
1646        double gvsTime = gvsTimer.TotalTime();
1647        double initialTime = initialTimer.TotalTime();
1648        double intersectionTime = intersectionTimer.TotalTime();
1649        double preparationTime = preparationTimer.TotalTime();
1650        double mainLoopTime = mainLoopTimer.TotalTime();
1651        double contributionTime = contributionTimer.TotalTime();
1652        double castTime = castTimer.TotalTime();
1653        double generationTime = generationTimer.TotalTime();
1654        double rawCastTime = mRayCaster->rawCastTimer.TotalTime();
1655
1656        cout << "handleRay              : " << rayTime << endl;
1657        cout << "kd pvs                 : " << kdPvsTime << endl;
1658        cout << "gvs sampling           : " << gvsTime << endl;
1659        cout << "initial sampling       : " << initialTime << endl;
1660        cout << "view cell intersection : " << intersectionTime << endl;
1661        cout << "preparation            : " << preparationTime << endl;
1662        cout << "main loop              : " << mainLoopTime << endl;
1663        cout << "has contribution       : " << contributionTime << endl;
1664        cout << "cast time              : " << castTime << endl;
1665        cout << "generation time        : " << generationTime << endl;
1666        cout << "raw cast time          : " << rawCastTime << endl;
1667
1668        double randomRaysPerSec = mGvsStats.mRandomSamples / (1e6 * initialTime);
1669        double gvsRaysPerSec = mGvsStats.mGvsSamples / (1e6 * gvsTime);
1670        double rawRaysPerSec = mGvsStats.mPerViewCellSamples / (1e6 * rawCastTime);
1671
1672        cout << "cast " << randomRaysPerSec << " M random rays/s: " << endl;
1673        cout << "cast " << gvsRaysPerSec << " M gvs rays/s: " << endl;
1674        cout << "cast " << rawRaysPerSec << " M raw rays/s: " << endl;
1675
1676        mGvsStats.Stop();
1677        mGvsStats.Print(mGvsStatsStream);
1678}
1679
1680
1681int GvsPreprocessor::ConvertObjectPvs()
1682{
1683        static ObjectContainer triangles;
1684
1685        int newObjects = 0;
1686
1687        ObjectPvsIterator pit = mCurrentViewCell->GetPvs().GetIterator();
1688
1689        triangles.clear();
1690
1691        // output PVS of view cell
1692        while (pit.HasMoreEntries())
1693        {               
1694                KdIntersectable *kdInt = static_cast<KdIntersectable *>(pit.Next());
1695
1696                mKdTree->CollectObjectsWithDublicates(kdInt->GetItem(), triangles);
1697
1698                ObjectContainer::const_iterator oit, oit_end = triangles.end();
1699
1700                for (oit = triangles.begin(); oit != oit_end; ++ oit)
1701                {
1702                        if (AddTriangleObject(*oit))
1703                                ++ newObjects;
1704                }
1705        }
1706
1707        return newObjects;
1708}
1709
1710
1711bool GvsPreprocessor::AddTriangleObject(Intersectable *triObj)
1712{
1713        if ((triObj->mCounter < ACCOUNTED_OBJECT))
1714        {
1715                triObj->mCounter += ACCOUNTED_OBJECT;
1716
1717                mTrianglePvs.push_back(triObj);
1718                mGenericStats[0] = (int)mTrianglePvs.size();
1719
1720                return true;
1721        }
1722
1723        return false;
1724}
1725
1726
1727void GvsPreprocessor::CastRayBundles4(const SimpleRayContainer &rays, VssRayContainer &vssRays)
1728{
1729        AxisAlignedBox3 box = mViewCellsManager->GetViewSpaceBox();
1730
1731        SimpleRayContainer::const_iterator it, it_end = rays.end();
1732
1733        for (it = rays.begin(); it != it_end; ++ it)
1734                CastRayBundle4(*it, vssRays, box);
1735}
1736
1737
1738void GvsPreprocessor::CastRayBundle4(const SimpleRay &ray,
1739                                                                         VssRayContainer &vssRays,
1740                                                                         const AxisAlignedBox3 &box)
1741{
1742        const float pertubDir = 0.01f;
1743        static Vector3 pertub;
1744
1745        static int hit_triangles[4];
1746        static float dist[4];
1747        static Vector3 dirs[4];
1748        static Vector3 origs[4];
1749
1750        origs[0] = ray.mOrigin;
1751        dirs[0] = ray.mDirection;
1752
1753        for (int i = 1; i < 4; ++ i)
1754        {
1755                origs[i] = ray.mOrigin;
1756
1757                pertub.x = RandomValue(-pertubDir, pertubDir);
1758                pertub.y = RandomValue(-pertubDir, pertubDir);
1759                pertub.z = RandomValue(-pertubDir, pertubDir);
1760
1761                dirs[i] = ray.mDirection + pertub;
1762                dirs[i] *= 1.0f / Magnitude(dirs[i]);
1763        }
1764
1765        Cast4Rays(dist, dirs, origs, vssRays, box);
1766}
1767
1768
1769void GvsPreprocessor::CastRays4(const SimpleRayContainer &rays, VssRayContainer &vssRays)
1770{
1771        SimpleRayContainer::const_iterator it, it_end = rays.end();
1772       
1773        static float dist[4];
1774        static Vector3 dirs[4];
1775        static Vector3 origs[4];
1776
1777        AxisAlignedBox3 box = mViewCellsManager->GetViewSpaceBox();
1778
1779        for (it = rays.begin(); it != it_end; ++ it)
1780        {
1781                for (int i = 1; i < 4; ++ i)
1782                {
1783                        origs[i] = rays[i].mOrigin;
1784                        dirs[i] = rays[i].mDirection;
1785                }
1786        }
1787
1788        Cast4Rays(dist, dirs, origs, vssRays, box);
1789}
1790
1791
1792void GvsPreprocessor::Cast4Rays(float *dist,
1793                                                                Vector3 *dirs,
1794                                                                Vector3 *origs,
1795                                                                VssRayContainer &vssRays,
1796                                                                const AxisAlignedBox3 &box)
1797{
1798        static int hit_triangles[4];
1799
1800        mRayCaster->CastRaysPacket4(box.Min(), box.Max(), origs, dirs, hit_triangles,   dist);       
1801
1802        VssRay *ray;
1803
1804        for (int i = 0; i < 4; ++ i)
1805        {
1806                if (hit_triangles[i] != -1)
1807                {
1808                        TriangleIntersectable *triObj = static_cast<TriangleIntersectable *>(mObjects[hit_triangles[i]]);
1809
1810                        if (DotProd(triObj->GetItem().GetNormal(), dirs[i] >= 0))
1811                                ray = NULL;
1812                        else
1813                                ray = mRayCaster->RequestRay(origs[i], origs[i] + dirs[i] * dist[i], NULL, triObj, mPass, 1.0f);
1814                }
1815                else
1816                {
1817                        ray = NULL;
1818                }
1819
1820                vssRays.push_back(ray);
1821        }
1822}
1823
1824
1825void GvsPreprocessor::CastRayBundle16(const SimpleRay &ray, VssRayContainer &vssRays, float scale)
1826{
1827        static SimpleRayContainer simpleRays;
1828        simpleRays.clear();
1829
1830        simpleRays.push_back(ray);
1831        GenerateJitteredRays(simpleRays, ray, 15, 0, scale);
1832
1833        CastRays(simpleRays, vssRays, false, false);
1834}
1835
1836
1837void GvsPreprocessor::CastRayBundles16(const SimpleRayContainer &rays, VssRayContainer &vssRays, float scale)
1838{
1839        SimpleRayContainer::const_iterator it, it_end = rays.end();
1840
1841        for (it = rays.begin(); it != it_end; ++ it)
1842                CastRayBundle16(*it, vssRays, scale);
1843}
1844
1845
1846void GvsPreprocessor::ComputeRenderError()
1847{
1848        // compute rendering error     
1849        if (renderer && renderer->mPvsStatFrames)
1850        {
1851                if (!mViewCellsManager->GetViewCellPointsList()->empty())
1852                {
1853                        ViewCellPointsList *vcPoints = mViewCellsManager->GetViewCellPointsList();
1854                        ViewCellPointsList::const_iterator vit = vcPoints->begin(),     vit_end = vcPoints->end();
1855
1856                        SimpleRayContainer viewPoints;
1857
1858                        for (; vit != vit_end; ++ vit)
1859                        {
1860                                ViewCellPoints *vp = *vit;
1861                               
1862                                SimpleRayContainer::const_iterator rit = vp->second.begin(), rit_end = vp->second.end();
1863                       
1864                                for (; rit!=rit_end; ++rit)
1865                                {
1866                                        ViewCell *vc = mViewCellsManager->GetViewCell((*rit).mOrigin);
1867                                        if (vc == mCurrentViewCell)
1868                                                viewPoints.push_back(*rit);
1869                                }
1870                        }
1871
1872                        renderer->mPvsErrorBuffer.clear();
1873
1874                        if (viewPoints.size() != renderer->mPvsErrorBuffer.size())
1875                        {
1876                                renderer->mPvsErrorBuffer.resize(viewPoints.size());
1877                                renderer->ClearErrorBuffer();
1878                        }
1879
1880                        cout << "evaluating list of " << viewPoints.size() << " pts" << endl;
1881                        renderer->EvalPvsStat(viewPoints);
1882                }
1883                else
1884                {
1885                        cout << "evaluating random points" << endl;
1886                        renderer->EvalPvsStat();
1887                }
1888
1889                mStats <<
1890                        "#AvgPvsRenderError\n" <<renderer->mPvsStat.GetAvgError()<<endl<<
1891                        "#AvgPixelError\n" <<renderer->GetAvgPixelError()<<endl<<
1892                        "#MaxPixelError\n" <<renderer->GetMaxPixelError()<<endl<<
1893                        "#MaxPvsRenderError\n" <<renderer->mPvsStat.GetMaxError()<<endl<<
1894                        "#ErrorFreeFrames\n" <<renderer->mPvsStat.GetErrorFreeFrames()<<endl<<
1895                        "#AvgRenderPvs\n" <<renderer->mPvsStat.GetAvgPvs()<<endl;
1896        }
1897}
1898
1899
1900void GvsPreprocessor::GenerateImportanceSamples(const VssRay &ray,
1901                                                                                                const Triangle3 &triangle,
1902                                                                                                int numSamples,
1903                                                                                                SimpleRayContainer &simpleRays)
1904{
1905        const size_t samplesSize = simpleRays.size();
1906
1907        while (simpleRays.size() < (samplesSize + numSamples))
1908        {
1909                SimpleRay sray;
1910                if (GenerateImportanceSample(ray, triangle, sray))
1911                        simpleRays.push_back(sray);
1912        }
1913}
1914
1915
1916bool GvsPreprocessor::GenerateImportanceSample(const VssRay &ray,
1917                                                                                           const Triangle3 &triangle,
1918                                                                                           SimpleRay &sray)
1919{
1920        Vector3 d = ray.GetDir();
1921 
1922        // Compute right handed coordinate system from direction
1923        Vector3 U, V;
1924
1925        Vector3 nd = Normalize(d);
1926        nd.RightHandedBase(U, V);
1927       
1928        Vector3 origin = ray.mOrigin;
1929        Vector3 termination = ray.mTermination;
1930
1931        float rr[2];
1932
1933        rr[0] = RandomValue(0, 1);
1934        rr[1] = RandomValue(0, 1);
1935
1936        Vector2 vr2(rr[0], rr[1]);
1937        const float sigma = triangle.GetBoundingBox().Radius() * 5.0f;
1938        Vector2 gaussvec2;
1939
1940        GaussianOn2D(vr2, sigma, // input
1941                         gaussvec2); // output
1942       
1943        const Vector3 shift = gaussvec2.xx * U + gaussvec2.yy * V;
1944
1945        //cout << "t: " << termination;
1946        termination += shift;
1947        //cout << " new t: " << termination << endl;
1948        Vector3 direction = termination - origin;
1949
1950        const float len = Magnitude(direction);
1951       
1952        if (len < Limits::Small)
1953                return false;
1954 
1955        direction /= len;
1956
1957        // $$ jb the pdf is yet not correct for all sampling methods!
1958        const float pdf = 1.0f;
1959        sray = SimpleRay(origin, direction, SamplingStrategy::GVS, pdf);
1960       
1961        return true;
1962}
1963
1964
1965void GvsPreprocessor::PrepareProbablyVisibleSampling()
1966{
1967       
1968        // warning: using mailing!
1969        Intersectable::NewMail();
1970
1971        mProbablyVisibleTriangles.clear();
1972        CollectProbablyVisibleTriangles(mProbablyVisibleTriangles);
1973}
1974
1975
1976void GvsPreprocessor::CollectProbablyVisibleTriangles(ObjectContainer &triangles)
1977{
1978        ObjectPvsIterator pit = mCurrentViewCell->GetPvs().GetIterator();
1979
1980        static ObjectContainer tmpTriangles;
1981
1982        while (pit.HasMoreEntries())
1983        {       
1984                tmpTriangles.clear();
1985
1986                KdIntersectable *kdObj = static_cast<KdIntersectable *>(pit.Next());
1987                mKdTree->CollectObjectsWithDublicates(kdObj->GetItem(), tmpTriangles);
1988
1989                ObjectContainer::const_iterator oit, oit_end = tmpTriangles.end();
1990
1991                for (oit = tmpTriangles.begin(); oit != oit_end; ++ oit)
1992                {
1993                        TriangleIntersectable *triObj = static_cast<TriangleIntersectable *>(*oit);
1994
1995                        // find objects which are not yet accounted for yet contained in kd pvs objects
1996                        if (!triObj->Mailed() && (triObj->mCounter < ACCOUNTED_OBJECT))
1997                        {
1998                                triObj->Mail();
1999                                triangles.push_back(triObj);
2000                        }
2001                }
2002        }
2003}
2004
2005
2006}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.