Textures.lua

   1 -- Textures for raymarcher
   2
   3 require "Vector"
   4 local V = Vector
   5
   6 local function make_phong_texture(lights, mapped_pigment, amb, diff, spec, shiny)
   7    local normalize = V.normalize
   8
   9    local eps = 0.0001
  10    local function light_visibility(location, light_dir, pos, dest, res, sdf)
  11       local p = sdf(location)
  12       if pos + p.dist > dest then
  13          return res
  14       elseif p.dist < eps then
  15          return 0.0
  16       else
  17          return light_visibility(location + light_dir*p.dist, light_dir, pos+p.dist,
  18                                  dest, math.min(res, 30*p.dist/(pos+p.dist)), sdf)
  19       end
  20    end
  21
  22    return function (location, ray_dir, normal, count, sdf)
  23       local colour = mapped_pigment(location)
  24       local thiscol = {colour[1]*amb, colour[2]*amb, colour[3]*amb}
  25
  26       local reflected_ray = ray_dir - normal*(ray_dir*normal*2)
  27       for _,light in ipairs(lights) do
  28          local light_dist = V.norm(light-location)
  29          local light_dir = (light-location)/light_dist
  30
  31          local vis = light_visibility(location + light_dir*eps, light_dir, eps, light_dist, 1, sdf)
  32
  33          local Idiff = math.max(normal*light_dir, 0)
  34          local Ispec = math.pow(math.max(light_dir*reflected_ray,0),shiny)
  35
  36          thiscol[1] = thiscol[1] + vis*(colour[1]*Idiff*diff + Ispec*spec)
  37          thiscol[2] = thiscol[2] + vis*(colour[2]*Idiff*diff + Ispec*spec)
  38          thiscol[3] = thiscol[3] + vis*(colour[3]*Idiff*diff + Ispec*spec)
  39       end
  40
  41       return thiscol
  42    end
  43 end
  44
  45 local function make_count_texture(scale)
  46    return function (location, ray_dir, normal, count, sdf)
  47       return {count*scale, count*scale, count*scale}
  48    end
  49 end
  50
  51 local function make_flat_texture(mapped_pigment)
  52    return function (location, ray_dir, normal, count, sdf)
  53       return mapped_pigment(location)
  54    end
  55 end
  56
  57
  58 -- Pigments
  59
  60 local function make_solid_pigment(colour)
  61    return function(x,y)
  62       return colour
  63    end
  64 end
  65
  66 local function make_checkered_pigment(colour1, colour2)
  67    return function(x,y)
  68       if (x%1 < 0.5 and y%1 < 0.5) or (x%1 > 0.5 and y%1 > 0.5) then
  69          return colour1
  70       else
  71          return colour2
  72       end
  73    end
  74 end
  75
  76 local function make_mandelbrot_pigment(set_pigment, nonset_pigment, max_iter)
  77
  78    local function get_col(x,y,cx,cy,iter)
  79       if iter == 0 then
  80          return set_pigment(cx, cy)
  81       elseif x^2 + y^2 > 4 then
  82          return nonset_pigment(cx, cy)
  83       else
  84          return get_col(x^2 - y^2 + cx,
  85                         2*x*y + cy,
  86                         cx, cy, iter-1)
  87       end
  88    end
  89
  90    return function (x,y)
  91       return get_col(0,0,x,y,max_iter)
  92    end
  93 end
  94
  95 -- Mapping functions
  96
  97 -- These functions define mappings from 3D world coordinates to 2D
  98 -- texture/pigment coordinates
  99
 100 local function map_rectangular(pigment, xvec, yvec)
 101    return function(location)
 102       return pigment(location*xvec, location*yvec)
 103    end
 104 end
 105
 106 local function map_spherical(pigment, centre, scale_theta, scale_phi)
 107    return function(location)
 108       local r = location-centre
 109       local rnorm = V.norm(r)
 110
 111       local phi = math.acos((V.z*r)/rnorm)
 112       local theta = math.acos((V.x*r)/V.norm(V.cross(V.z,r)))
 113
 114       return pigment(theta*scale_theta/math.pi, phi*scale_phi/math.pi)
 115    end
 116 end
 117
 118 Textures = {
 119    make_phong_texture = make_phong_texture,
 120    make_flat_texture = make_flat_texture,
 121    make_count_texture = make_count_texture,
 122    make_solid_pigment = make_solid_pigment,
 123    make_checkered_pigment = make_checkered_pigment,
 124    make_mandelbrot_pigment = make_mandelbrot_pigment,
 125    map_rectangular = map_rectangular,
 126    map_spherical = map_spherical
 127 }
 128
 129 return Textures