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(pigment1, pigment2)
  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 pigment1(x,y)
  70       else
  71          return pigment2(x,y)
  72       end
  73    end
  74 end
  75
  76 local function make_image_pigment(filename,scale)
  77
  78    print("Loading image pigmant from '" .. filename .. "'...")
  79
  80    local f = assert(io.open(filename, "rb"))
  81    local data = f:read("*all")
  82    f:close()
  83
  84    local start,_,wstr,hstr,dstr,raster =
  85       string.find(data, "^P6[%s%c]+(%d+)[%s%c]+(%d+)[%s%c]+(%d+)[%s%c](.*)$")
  86
  87    if start ~= 1 then
  88       error("Error reading image. Is it in PPM(P6) format?")
  89    end
  90
  91    if dstr ~= "255" then
  92       error("Only images with a depth of 255 are supported.")
  93    end
  94
  95    local width = tonumber(wstr)
  96    local height = tonumber(hstr)
  97    local depth = tonumber(dstr)
  98
  99    local pixels = {}
 100    local i = 1
 101    for triple in string.gmatch(raster, "...") do
 102       local _,_,r,g,b = string.find(triple, "(.)(.)(.)")
 103       pixels[i] = {string.byte(r)/depth, string.byte(g)/depth, string.byte(b)/depth}
 104       i = i + 1
 105    end
 106
 107    print("done.")
 108    print("(Read " .. tostring(#pixels) .. " pixels.)")
 109
 110    local pixels_per_unit = math.max(width,height)
 111
 112    return function(x,y)
 113       local xi = math.floor(((x+0.5)*pixels_per_unit/scale)%width) + 1
 114       local yi = math.floor(((y+0.5)*pixels_per_unit/scale)%height) + 1
 115       local i = width*(yi-1) + xi
 116       if pixels[i] == nil then
 117          error("Pixel not found at xi=" .. tostring(xi) .. " yi=" .. tostring(yi))
 118       end
 119       return pixels[i]
 120    end
 121 end
 122
 123 local function make_mandelbrot_pigment(set_pigment, nonset_pigment, max_iter)
 124
 125    local function get_col(x,y,cx,cy,iter)
 126       if iter == 0 then
 127          return set_pigment(cx, cy)
 128       elseif x^2 + y^2 > 4 then
 129          return nonset_pigment(cx, cy)
 130       else
 131          return get_col(x^2 - y^2 + cx,
 132                         2*x*y + cy,
 133                         cx, cy, iter-1)
 134       end
 135    end
 136
 137    return function (x,y)
 138       return get_col(0,0,x,y,max_iter)
 139    end
 140 end
 141
 142 -- Mapping functions
 143
 144 -- These functions define mappings from 3D world coordinates to 2D
 145 -- texture/pigment coordinates
 146
 147 local function map_rectangular(pigment, xvec, yvec)
 148    return function(location)
 149       return pigment(location*xvec, location*yvec)
 150    end
 151 end
 152
 153 local function map_spherical(pigment, centre, scale_theta, scale_phi)
 154    return function(location)
 155       local r = location-centre
 156       local rnorm = V.norm(r)
 157
 158       local phi = math.acos((V.z*r)/rnorm)
 159       local theta = math.acos((V.x*r)/V.norm(V.cross(V.z,r)))
 160
 161       return pigment(theta*scale_theta/math.pi, phi*scale_phi/math.pi)
 162    end
 163 end
 164
 165 Textures = {
 166    make_phong_texture = make_phong_texture,
 167    make_flat_texture = make_flat_texture,
 168    make_count_texture = make_count_texture,
 169    make_solid_pigment = make_solid_pigment,
 170    make_checkered_pigment = make_checkered_pigment,
 171    make_mandelbrot_pigment = make_mandelbrot_pigment,
 172    map_rectangular = map_rectangular,
 173    map_spherical = map_spherical
 174 }
 175
 176 return Textures