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[WebGL] Path Tracing 본문

Programming/WebGL(ThreeJS)

[WebGL] Path Tracing

cinema4dr12 2015. 8. 7. 23:49

이번 예제는 Path Tracing 알고리즘을 이용한 렌더링에 관한 것입니다.


Path Tracing에 대한 자세한 내용은 다음 링크를 참고합니다:

http://cs.brown.edu/courses/cs224/papers/mc_pathtracing.pdf

Download Protect

16-01-advanced-path-tracing.zip



FULL SCREEN


아래 화면에서 클릭 & 드래그하여 Sphere 움직여 보세요~~

webgl-path-tracing.js

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*/
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// shader strings
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
// vertex shader for drawing a textured quad
var renderVertexSource =
' attribute vec3 vertex;' +
' varying vec2 texCoord;' +
' void main() {' +
'   texCoord = vertex.xy * 0.5 + 0.5;' +
'   gl_Position = vec4(vertex, 1.0);' +
' }';
 
// fragment shader for drawing a textured quad
var renderFragmentSource =
' precision highp float;' +
' varying vec2 texCoord;' +
' uniform sampler2D texture;' +
' void main() {' +
'   gl_FragColor = texture2D(texture, texCoord);' +
' }';
 
// vertex shader for drawing a line
var lineVertexSource =
' attribute vec3 vertex;' +
' uniform vec3 cubeMin;' +
' uniform vec3 cubeMax;' +
' uniform mat4 modelviewProjection;' +
' void main() {' +
'   gl_Position = modelviewProjection * vec4(mix(cubeMin, cubeMax, vertex), 1.0);' +
' }';
 
// fragment shader for drawing a line
var lineFragmentSource =
' precision highp float;' +
' void main() {' +
'   gl_FragColor = vec4(1.0);' +
' }';
 
// constants for the shaders
var bounces = '5';
var epsilon = '0.0001';
var infinity = '10000.0';
var lightSize = 0.1;
var lightVal = 0.5;
 
// vertex shader, interpolate ray per-pixel
var tracerVertexSource =
' attribute vec3 vertex;' +
' uniform vec3 eye, ray00, ray01, ray10, ray11;' +
' varying vec3 initialRay;' +
' void main() {' +
'   vec2 percent = vertex.xy * 0.5 + 0.5;' +
'   initialRay = mix(mix(ray00, ray01, percent.y), mix(ray10, ray11, percent.y), percent.x);' +
'   gl_Position = vec4(vertex, 1.0);' +
' }';
 
// start of fragment shader
var tracerFragmentSourceHeader =
' precision highp float;' +
' uniform vec3 eye;' +
' varying vec3 initialRay;' +
' uniform float textureWeight;' +
' uniform float timeSinceStart;' +
' uniform sampler2D texture;' +
' uniform float glossiness;' +
' vec3 roomCubeMin = vec3(-1.0, -1.0, -1.0);' +
' vec3 roomCubeMax = vec3(1.0, 1.0, 1.0);';
 
// compute the near and far intersections of the cube (stored in the x and y components) using the slab method
// no intersection means vec.x > vec.y (really tNear > tFar)
var intersectCubeSource =
' vec2 intersectCube(vec3 origin, vec3 ray, vec3 cubeMin, vec3 cubeMax) {' +
'   vec3 tMin = (cubeMin - origin) / ray;' +
'   vec3 tMax = (cubeMax - origin) / ray;' +
'   vec3 t1 = min(tMin, tMax);' +
'   vec3 t2 = max(tMin, tMax);' +
'   float tNear = max(max(t1.x, t1.y), t1.z);' +
'   float tFar = min(min(t2.x, t2.y), t2.z);' +
'   return vec2(tNear, tFar);' +
' }';
 
// given that hit is a point on the cube, what is the surface normal?
// TODO: do this with fewer branches
var normalForCubeSource =
' vec3 normalForCube(vec3 hit, vec3 cubeMin, vec3 cubeMax)' +
' {' +
'   if(hit.x < cubeMin.x + ' + epsilon + ') return vec3(-1.0, 0.0, 0.0);' +
'   else if(hit.x > cubeMax.x - ' + epsilon + ') return vec3(1.0, 0.0, 0.0);' +
'   else if(hit.y < cubeMin.y + ' + epsilon + ') return vec3(0.0, -1.0, 0.0);' +
'   else if(hit.y > cubeMax.y - ' + epsilon + ') return vec3(0.0, 1.0, 0.0);' +
'   else if(hit.z < cubeMin.z + ' + epsilon + ') return vec3(0.0, 0.0, -1.0);' +
'   else return vec3(0.0, 0.0, 1.0);' +
' }';
 
// compute the near intersection of a sphere
// no intersection returns a value of +infinity
var intersectSphereSource =
' float intersectSphere(vec3 origin, vec3 ray, vec3 sphereCenter, float sphereRadius) {' +
'   vec3 toSphere = origin - sphereCenter;' +
'   float a = dot(ray, ray);' +
'   float b = 2.0 * dot(toSphere, ray);' +
'   float c = dot(toSphere, toSphere) - sphereRadius*sphereRadius;' +
'   float discriminant = b*b - 4.0*a*c;' +
'   if(discriminant > 0.0) {' +
'     float t = (-b - sqrt(discriminant)) / (2.0 * a);' +
'     if(t > 0.0) return t;' +
'   }' +
'   return ' + infinity + ';' +
' }';
 
// given that hit is a point on the sphere, what is the surface normal?
var normalForSphereSource =
' vec3 normalForSphere(vec3 hit, vec3 sphereCenter, float sphereRadius) {' +
'   return (hit - sphereCenter) / sphereRadius;' +
' }';
 
// use the fragment position for randomness
var randomSource =
' float random(vec3 scale, float seed) {' +
'   return fract(sin(dot(gl_FragCoord.xyz + seed, scale)) * 43758.5453 + seed);' +
' }';
 
// random cosine-weighted distributed vector
// from http://www.rorydriscoll.com/2009/01/07/better-sampling/
var cosineWeightedDirectionSource =
' vec3 cosineWeightedDirection(float seed, vec3 normal) {' +
'   float u = random(vec3(12.9898, 78.233, 151.7182), seed);' +
'   float v = random(vec3(63.7264, 10.873, 623.6736), seed);' +
'   float r = sqrt(u);' +
'   float angle = 6.283185307179586 * v;' +
    // compute basis from normal
'   vec3 sdir, tdir;' +
'   if (abs(normal.x)<.5) {' +
'     sdir = cross(normal, vec3(1,0,0));' +
'   } else {' +
'     sdir = cross(normal, vec3(0,1,0));' +
'   }' +
'   tdir = cross(normal, sdir);' +
'   return r*cos(angle)*sdir + r*sin(angle)*tdir + sqrt(1.-u)*normal;' +
' }';
 
// random normalized vector
var uniformlyRandomDirectionSource =
' vec3 uniformlyRandomDirection(float seed) {' +
'   float u = random(vec3(12.9898, 78.233, 151.7182), seed);' +
'   float v = random(vec3(63.7264, 10.873, 623.6736), seed);' +
'   float z = 1.0 - 2.0 * u;' +
'   float r = sqrt(1.0 - z * z);' +
'   float angle = 6.283185307179586 * v;' +
'   return vec3(r * cos(angle), r * sin(angle), z);' +
' }';
 
// random vector in the unit sphere
// note: this is probably not statistically uniform, saw raising to 1/3 power somewhere but that looks wrong?
var uniformlyRandomVectorSource =
' vec3 uniformlyRandomVector(float seed) {' +
'   return uniformlyRandomDirection(seed) * sqrt(random(vec3(36.7539, 50.3658, 306.2759), seed));' +
' }';
 
// compute specular lighting contribution
var specularReflection =
' vec3 reflectedLight = normalize(reflect(light - hit, normal));' +
' specularHighlight = max(0.0, dot(reflectedLight, normalize(hit - origin)));';
 
// update ray using normal and bounce according to a diffuse reflection
var newDiffuseRay =
' ray = cosineWeightedDirection(timeSinceStart + float(bounce), normal);';
 
// update ray using normal according to a specular reflection
var newReflectiveRay =
' ray = reflect(ray, normal);' +
  specularReflection +
' specularHighlight = 2.0 * pow(specularHighlight, 20.0);';
 
// update ray using normal and bounce according to a glossy reflection
var newGlossyRay =
' ray = normalize(reflect(ray, normal)) + uniformlyRandomVector(timeSinceStart + float(bounce)) * glossiness;' +
  specularReflection +
' specularHighlight = pow(specularHighlight, 3.0);';
 
var yellowBlueCornellBox =
' if(hit.x < -0.9999) surfaceColor = vec3(0.1, 0.5, 1.0);' + // blue
' else if(hit.x > 0.9999) surfaceColor = vec3(1.0, 0.9, 0.1);'// yellow
 
var redGreenCornellBox =
' if(hit.x < -0.9999) surfaceColor = vec3(1.0, 0.3, 0.1);' + // red
' else if(hit.x > 0.9999) surfaceColor = vec3(0.3, 1.0, 0.1);'// green
 
function makeShadow(objects) {
  return '' +
' float shadow(vec3 origin, vec3 ray) {' +
    concat(objects, function(o){ return o.getShadowTestCode(); }) +
'   return 1.0;' +
' }';
}
 
function makeCalculateColor(objects) {
  return '' +
' vec3 calculateColor(vec3 origin, vec3 ray, vec3 light) {' +
'   vec3 colorMask = vec3(1.0);' +
'   vec3 accumulatedColor = vec3(0.0);' +
 
    // main raytracing loop
'   for(int bounce = 0; bounce < ' + bounces + '; bounce++) {' +
      // compute the intersection with everything
'     vec2 tRoom = intersectCube(origin, ray, roomCubeMin, roomCubeMax);' +
      concat(objects, function(o){ return o.getIntersectCode(); }) +
 
      // find the closest intersection
'     float t = ' + infinity + ';' +
'     if(tRoom.x < tRoom.y) t = tRoom.y;' +
      concat(objects, function(o){ return o.getMinimumIntersectCode(); }) +
 
      // info about hit
'     vec3 hit = origin + ray * t;' +
'     vec3 surfaceColor = vec3(0.75);' +
'     float specularHighlight = 0.0;' +
'     vec3 normal;' +
 
      // calculate the normal (and change wall color)
'     if(t == tRoom.y) {' +
'       normal = -normalForCube(hit, roomCubeMin, roomCubeMax);' +
        [yellowBlueCornellBox, redGreenCornellBox][environment] +
        newDiffuseRay +
'     } else if(t == ' + infinity + ') {' +
'       break;' +
'     } else {' +
'       if(false) ;' + // hack to discard the first 'else' in 'else if'
        concat(objects, function(o){ return o.getNormalCalculationCode(); }) +
        [newDiffuseRay, newReflectiveRay, newGlossyRay][material] +
'     }' +
 
      // compute diffuse lighting contribution
'     vec3 toLight = light - hit;' +
'     float diffuse = max(0.0, dot(normalize(toLight), normal));' +
 
      // trace a shadow ray to the light
'     float shadowIntensity = shadow(hit + normal * ' + epsilon + ', toLight);' +
 
      // do light bounce
'     colorMask *= surfaceColor;' +
'     accumulatedColor += colorMask * (' + lightVal + ' * diffuse * shadowIntensity);' +
'     accumulatedColor += colorMask * specularHighlight * shadowIntensity;' +
 
      // calculate next origin
'     origin = hit;' +
'   }' +
 
'   return accumulatedColor;' +
' }';
}
 
function makeMain() {
  return '' +
' void main() {' +
'   vec3 newLight = light + uniformlyRandomVector(timeSinceStart - 53.0) * ' + lightSize + ';' +
'   vec3 texture = texture2D(texture, gl_FragCoord.xy / 512.0).rgb;' +
'   gl_FragColor = vec4(mix(calculateColor(eye, initialRay, newLight), texture, textureWeight), 1.0);' +
' }';
}
 
function makeTracerFragmentSource(objects) {
  return tracerFragmentSourceHeader +
  concat(objects, function(o){ return o.getGlobalCode(); }) +
  intersectCubeSource +
  normalForCubeSource +
  intersectSphereSource +
  normalForSphereSource +
  randomSource +
  cosineWeightedDirectionSource +
  uniformlyRandomDirectionSource +
  uniformlyRandomVectorSource +
  makeShadow(objects) +
  makeCalculateColor(objects) +
  makeMain();
}
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// utility functions
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
function getEyeRay(matrix, x, y) {
  return matrix.multiply(Vector.create([x, y, 01])).divideByW().ensure3().subtract(eye);
}
 
function setUniforms(program, uniforms) {
  for(var name in uniforms) {
    var value = uniforms[name];
    var location = gl.getUniformLocation(program, name);
    if(location == nullcontinue;
    if(value instanceof Vector) {
      gl.uniform3fv(locationnew Float32Array([value.elements[0], value.elements[1], value.elements[2]]));
    } else if(value instanceof Matrix) {
      gl.uniformMatrix4fv(locationfalsenew Float32Array(value.flatten()));
    } else {
      gl.uniform1f(location, value);
    }
  }
}
 
function concat(objects, func) {
  var text = '';
  for(var i = 0; i < objects.length; i++) {
    text += func(objects[i]);
  }
  return text;
}
 
Vector.prototype.ensure3 = function() {
  return Vector.create([this.elements[0], this.elements[1], this.elements[2]]);
};
 
Vector.prototype.ensure4 = function(w) {
  return Vector.create([this.elements[0], this.elements[1], this.elements[2], w]);
};
 
Vector.prototype.divideByW = function() {
  var w = this.elements[this.elements.length - 1];
  var newElements = [];
  for(var i = 0; i < this.elements.length; i++) {
    newElements.push(this.elements[i] / w);
  }
  return Vector.create(newElements);
};
 
Vector.prototype.componentDivide = function(vector) {
  if(this.elements.length != vector.elements.length) {
    return null;
  }
  var newElements = [];
  for(var i = 0; i < this.elements.length; i++) {
    newElements.push(this.elements[i] / vector.elements[i]);
  }
  return Vector.create(newElements);
};
 
Vector.min = function(a, b) {
  if(a.length != b.length) {
    return null;
  }
  var newElements = [];
  for(var i = 0; i < a.elements.length; i++) {
    newElements.push(Math.min(a.elements[i], b.elements[i]));
  }
  return Vector.create(newElements);
};
 
Vector.max = function(a, b) {
  if(a.length != b.length) {
    return null;
  }
  var newElements = [];
  for(var i = 0; i < a.elements.length; i++) {
    newElements.push(Math.max(a.elements[i], b.elements[i]));
  }
  return Vector.create(newElements);
};
 
Vector.prototype.minComponent = function() {
  var value = Number.MAX_VALUE;
  for(var i = 0; i < this.elements.length; i++) {
    value = Math.min(value, this.elements[i]);
  }
  return value;
};
 
Vector.prototype.maxComponent = function() {
  var value = -Number.MAX_VALUE;
  for(var i = 0; i < this.elements.length; i++) {
    value = Math.max(value, this.elements[i]);
  }
  return value;
};
 
function compileSource(source, type) {
  var shader = gl.createShader(type);
  gl.shaderSource(shader, source);
  gl.compileShader(shader);
  if(!gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS)) {
    throw new Error('compile error: ' + gl.getShaderInfoLog(shader));
  }
  return shader;
}
 
function compileShader(vertexSource, fragmentSource) {
  var shaderProgram = gl.createProgram();
  gl.attachShader(shaderProgram, compileSource(vertexSource, gl.VERTEX_SHADER));
  gl.attachShader(shaderProgram, compileSource(fragmentSource, gl.FRAGMENT_SHADER));
  gl.linkProgram(shaderProgram);
  if(!gl.getProgramParameter(shaderProgram, gl.LINK_STATUS)) {
    throw new Error('link error: ' + gl.getProgramInfoLog(shaderProgram));
  }
  return shaderProgram;
}
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// class Sphere
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
function Sphere(center, radius, id) {
  this.center = center;
  this.radius = radius;
  this.centerStr = 'sphereCenter' + id;
  this.radiusStr = 'sphereRadius' + id;
  this.intersectStr = 'tSphere' + id;
  this.temporaryTranslation = Vector.create([000]);
}
 
Sphere.prototype.getGlobalCode = function() {
  return '' +
' uniform vec3 ' + this.centerStr + ';' +
' uniform float ' + this.radiusStr + ';';
};
 
Sphere.prototype.getIntersectCode = function() {
  return '' +
' float ' + this.intersectStr + ' = intersectSphere(origin, ray, ' + this.centerStr + ', ' + this.radiusStr + ');';
};
 
Sphere.prototype.getShadowTestCode = function() {
  return '' +
  this.getIntersectCode() +
' if(' + this.intersectStr + ' < 1.0) return 0.0;';
};
 
Sphere.prototype.getMinimumIntersectCode = function() {
  return '' +
' if(' + this.intersectStr + ' < t) t = ' + this.intersectStr + ';';
};
 
Sphere.prototype.getNormalCalculationCode = function() {
  return '' +
' else if(t == ' + this.intersectStr + ') normal = normalForSphere(hit, ' + this.centerStr + ', ' + this.radiusStr + ');';
};
 
Sphere.prototype.setUniforms = function(renderer) {
  renderer.uniforms[this.centerStr] = this.center.add(this.temporaryTranslation);
  renderer.uniforms[this.radiusStr] = this.radius;
};
 
Sphere.prototype.temporaryTranslate = function(translation) {
  this.temporaryTranslation = translation;
};
 
Sphere.prototype.translate = function(translation) {
  this.center = this.center.add(translation);
};
 
Sphere.prototype.getMinCorner = function() {
  return this.center.add(this.temporaryTranslation).subtract(Vector.create([this.radius, this.radius, this.radius]));
};
 
Sphere.prototype.getMaxCorner = function() {
  return this.center.add(this.temporaryTranslation).add(Vector.create([this.radius, this.radius, this.radius]));
};
 
Sphere.prototype.intersect = function(origin, ray) {
  return Sphere.intersect(origin, ray, this.center.add(this.temporaryTranslation), this.radius);
};
 
Sphere.intersect = function(origin, ray, center, radius) {
  var toSphere = origin.subtract(center);
  var a = ray.dot(ray);
  var b = 2*toSphere.dot(ray);
  var c = toSphere.dot(toSphere) - radius*radius;
  var discriminant = b*- 4*a*c;
  if(discriminant > 0) {
    var t = (-- Math.sqrt(discriminant)) / (2*a);
    if(t > 0) {
      return t;
    }
  }
  return Number.MAX_VALUE;
};
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// class Cube
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
function Cube(minCorner, maxCorner, id) {
  this.minCorner = minCorner;
  this.maxCorner = maxCorner;
  this.minStr = 'cubeMin' + id;
  this.maxStr = 'cubeMax' + id;
  this.intersectStr = 'tCube' + id;
  this.temporaryTranslation = Vector.create([000]);
}
 
Cube.prototype.getGlobalCode = function() {
  return '' +
' uniform vec3 ' + this.minStr + ';' +
' uniform vec3 ' + this.maxStr + ';';
};
 
Cube.prototype.getIntersectCode = function() {
  return '' +
' vec2 ' + this.intersectStr + ' = intersectCube(origin, ray, ' + this.minStr + ', ' + this.maxStr + ');';
};
 
Cube.prototype.getShadowTestCode = function() {
  return '' +
  this.getIntersectCode() +
' if(' + this.intersectStr + '.x > 0.0 && ' + this.intersectStr + '.x < 1.0 && ' + this.intersectStr + '.x < ' + this.intersectStr + '.y) return 0.0;';
};
 
Cube.prototype.getMinimumIntersectCode = function() {
  return '' +
' if(' + this.intersectStr + '.x > 0.0 && ' + this.intersectStr + '.x < ' + this.intersectStr + '.y && ' + this.intersectStr + '.x < t) t = ' + this.intersectStr + '.x;';
};
 
Cube.prototype.getNormalCalculationCode = function() {
  return '' +
  // have to compare intersectStr.x < intersectStr.y otherwise two coplanar
  // cubes will look wrong (one cube will "steal" the hit from the other)
' else if(t == ' + this.intersectStr + '.x && ' + this.intersectStr + '.x < ' + this.intersectStr + '.y) normal = normalForCube(hit, ' + this.minStr + ', ' + this.maxStr + ');';
};
 
Cube.prototype.setUniforms = function(renderer) {
  renderer.uniforms[this.minStr] = this.getMinCorner();
  renderer.uniforms[this.maxStr] = this.getMaxCorner();
};
 
Cube.prototype.temporaryTranslate = function(translation) {
  this.temporaryTranslation = translation;
};
 
Cube.prototype.translate = function(translation) {
  this.minCorner = this.minCorner.add(translation);
  this.maxCorner = this.maxCorner.add(translation);
};
 
Cube.prototype.getMinCorner = function() {
  return this.minCorner.add(this.temporaryTranslation);
};
 
Cube.prototype.getMaxCorner = function() {
  return this.maxCorner.add(this.temporaryTranslation);
};
 
Cube.prototype.intersect = function(origin, ray) {
  return Cube.intersect(origin, ray, this.getMinCorner(), this.getMaxCorner());
};
 
Cube.intersect = function(origin, ray, cubeMin, cubeMax) {
  var tMin = cubeMin.subtract(origin).componentDivide(ray);
  var tMax = cubeMax.subtract(origin).componentDivide(ray);
  var t1 = Vector.min(tMin, tMax);
  var t2 = Vector.max(tMin, tMax);
  var tNear = t1.maxComponent();
  var tFar = t2.minComponent();
  if(tNear > 0 && tNear < tFar) {
    return tNear;
  }
  return Number.MAX_VALUE;
};
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// class Light
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
function Light() {
  this.temporaryTranslation = Vector.create([000]);
}
 
Light.prototype.getGlobalCode = function() {
  return 'uniform vec3 light;';
};
 
Light.prototype.getIntersectCode = function() {
  return '';
};
 
Light.prototype.getShadowTestCode = function() {
  return '';
};
 
Light.prototype.getMinimumIntersectCode = function() {
  return '';
};
 
Light.prototype.getNormalCalculationCode = function() {
  return '';
};
 
Light.prototype.setUniforms = function(renderer) {
  renderer.uniforms.light = light.add(this.temporaryTranslation);
};
 
Light.clampPosition = function(position) {
  for(var i = 0; i < position.elements.length; i++) {
    position.elements[i] = Math.max(lightSize - 1, Math.min(1 - lightSize, position.elements[i]));
  }
};
 
Light.prototype.temporaryTranslate = function(translation) {
  var tempLight = light.add(translation);
  Light.clampPosition(tempLight);
  this.temporaryTranslation = tempLight.subtract(light);
};
 
Light.prototype.translate = function(translation) {
  light = light.add(translation);
  Light.clampPosition(light);
};
 
Light.prototype.getMinCorner = function() {
  return light.add(this.temporaryTranslation).subtract(Vector.create([lightSize, lightSize, lightSize]));
};
 
Light.prototype.getMaxCorner = function() {
  return light.add(this.temporaryTranslation).add(Vector.create([lightSize, lightSize, lightSize]));
};
 
Light.prototype.intersect = function(origin, ray) {
  return Number.MAX_VALUE;
};
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// class PathTracer
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
function PathTracer() {
  var vertices = [
    -1-1,
    -1+1,
    +1-1,
    +1+1
  ];
 
  // create vertex buffer
  this.vertexBuffer = gl.createBuffer();
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, this.vertexBuffer);
  gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(vertices), gl.STATIC_DRAW);
 
  // create framebuffer
  this.framebuffer = gl.createFramebuffer();
 
  // create textures
  var type = gl.getExtension('OES_texture_float') ? gl.FLOAT : gl.UNSIGNED_BYTE;
  this.textures = [];
  for(var i = 0; i < 2; i++) {
    this.textures.push(gl.createTexture());
    gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, this.textures[i]);
    gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MAG_FILTER, gl.NEAREST);
    gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.NEAREST);
    gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGB, 5125120, gl.RGB, type, null);
  }
  gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, null);
 
  // create render shader
  this.renderProgram = compileShader(renderVertexSource, renderFragmentSource);
  this.renderVertexAttribute = gl.getAttribLocation(this.renderProgram, 'vertex');
  gl.enableVertexAttribArray(this.renderVertexAttribute);
 
  // objects and shader will be filled in when setObjects() is called
  this.objects = [];
  this.sampleCount = 0;
  this.tracerProgram = null;
}
 
PathTracer.prototype.setObjects = function(objects) {
  this.uniforms = {};
  this.sampleCount = 0;
  this.objects = objects;
 
  // create tracer shader
  if(this.tracerProgram != null) {
    gl.deleteProgram(this.shaderProgram);
  }
  this.tracerProgram = compileShader(tracerVertexSource, makeTracerFragmentSource(objects));
  this.tracerVertexAttribute = gl.getAttribLocation(this.tracerProgram, 'vertex');
  gl.enableVertexAttribArray(this.tracerVertexAttribute);
};
 
PathTracer.prototype.update = function(matrix, timeSinceStart) {
  // calculate uniforms
  for(var i = 0; i < this.objects.length; i++) {
    this.objects[i].setUniforms(this);
  }
  this.uniforms.eye = eye;
  this.uniforms.glossiness = glossiness;
  this.uniforms.ray00 = getEyeRay(matrix, -1-1);
  this.uniforms.ray01 = getEyeRay(matrix, -1+1);
  this.uniforms.ray10 = getEyeRay(matrix, +1-1);
  this.uniforms.ray11 = getEyeRay(matrix, +1+1);
  this.uniforms.timeSinceStart = timeSinceStart;
  this.uniforms.textureWeight = this.sampleCount / (this.sampleCount + 1);
 
  // set uniforms
  gl.useProgram(this.tracerProgram);
  setUniforms(this.tracerProgram, this.uniforms);
 
  // render to texture
  gl.useProgram(this.tracerProgram);
  gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, this.textures[0]);
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, this.vertexBuffer);
  gl.bindFramebuffer(gl.FRAMEBUFFER, this.framebuffer);
  gl.framebufferTexture2D(gl.FRAMEBUFFER, gl.COLOR_ATTACHMENT0, gl.TEXTURE_2D, this.textures[1], 0);
  gl.vertexAttribPointer(this.tracerVertexAttribute, 2, gl.FLOAT, false00);
  gl.drawArrays(gl.TRIANGLE_STRIP, 04);
  gl.bindFramebuffer(gl.FRAMEBUFFER, null);
 
  // ping pong textures
  this.textures.reverse();
  this.sampleCount++;
};
 
PathTracer.prototype.render = function() {
  gl.useProgram(this.renderProgram);
  gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, this.textures[0]);
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, this.vertexBuffer);
  gl.vertexAttribPointer(this.renderVertexAttribute, 2, gl.FLOAT, false00);
  gl.drawArrays(gl.TRIANGLE_STRIP, 04);
};
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// class Renderer
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
function Renderer() {
  var vertices = [
    000,
    100,
    010,
    110,
    001,
    101,
    011,
    111
  ];
  var indices = [
    01133220,
    45577664,
    04152637
  ];
 
  // create vertex buffer
  this.vertexBuffer = gl.createBuffer();
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, this.vertexBuffer);
  gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(vertices), gl.STATIC_DRAW);
 
  // create index buffer
  this.indexBuffer = gl.createBuffer();
  gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, this.indexBuffer);
  gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Uint16Array(indices), gl.STATIC_DRAW);
 
  // create line shader
  this.lineProgram = compileShader(lineVertexSource, lineFragmentSource);
  this.vertexAttribute = gl.getAttribLocation(this.lineProgram, 'vertex');
  gl.enableVertexAttribArray(this.vertexAttribute);
 
  this.objects = [];
  this.selectedObject = null;
  this.pathTracer = new PathTracer();
}
 
Renderer.prototype.setObjects = function(objects) {
  this.objects = objects;
  this.selectedObject = null;
  this.pathTracer.setObjects(objects);
};
 
Renderer.prototype.update = function(modelviewProjection, timeSinceStart) {
  var jitter = Matrix.Translation(Vector.create([Math.random() * 2 - 1, Math.random() * 2 - 10]).multiply(1 / 512));
  var inverse = jitter.multiply(modelviewProjection).inverse();
  this.modelviewProjection = modelviewProjection;
  this.pathTracer.update(inverse, timeSinceStart);
};
 
Renderer.prototype.render = function() {
  this.pathTracer.render();
 
  if(this.selectedObject != null) {
    gl.useProgram(this.lineProgram);
    gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, null);
    gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, this.vertexBuffer);
    gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, this.indexBuffer);
    gl.vertexAttribPointer(this.vertexAttribute, 3, gl.FLOAT, false00);
    setUniforms(this.lineProgram, {
      cubeMin: this.selectedObject.getMinCorner(),
      cubeMax: this.selectedObject.getMaxCorner(),
      modelviewProjection: this.modelviewProjection
    });
    gl.drawElements(gl.LINES, 24, gl.UNSIGNED_SHORT, 0);
  }
};
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// class UI
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
function UI() {
  this.renderer = new Renderer();
  this.moving = false;
}
 
UI.prototype.setObjects = function(objects) {
  this.objects = objects;
  this.objects.splice(00new Light());
  this.renderer.setObjects(this.objects);
};
 
UI.prototype.update = function(timeSinceStart) {
  this.modelview = makeLookAt(eye.elements[0], eye.elements[1], eye.elements[2], 000010);
  this.projection = makePerspective(5510.1100);
  this.modelviewProjection = this.projection.multiply(this.modelview);
  this.renderer.update(this.modelviewProjection, timeSinceStart);
};
 
UI.prototype.mouseDown = function(x, y) {
  var t;
  var origin = eye;
  var ray = getEyeRay(this.modelviewProjection.inverse(), (x / 512* 2 - 11 - (y / 512* 2);
 
  // test the selection box first
  if(this.renderer.selectedObject != null) {
    var minBounds = this.renderer.selectedObject.getMinCorner();
    var maxBounds = this.renderer.selectedObject.getMaxCorner();
    t = Cube.intersect(origin, ray, minBounds, maxBounds);
 
    if(t < Number.MAX_VALUE) {
      var hit = origin.add(ray.multiply(t));
 
      if(Math.abs(hit.elements[0- minBounds.elements[0]) < 0.001) this.movementNormal = Vector.create([-100]);
      else if(Math.abs(hit.elements[0- maxBounds.elements[0]) < 0.001) this.movementNormal = Vector.create([+100]);
      else if(Math.abs(hit.elements[1- minBounds.elements[1]) < 0.001) this.movementNormal = Vector.create([0-10]);
      else if(Math.abs(hit.elements[1- maxBounds.elements[1]) < 0.001) this.movementNormal = Vector.create([0+10]);
      else if(Math.abs(hit.elements[2- minBounds.elements[2]) < 0.001) this.movementNormal = Vector.create([00-1]);
      else this.movementNormal = Vector.create([00+1]);
 
      this.movementDistance = this.movementNormal.dot(hit);
      this.originalHit = hit;
      this.moving = true;
 
      return true;
    }
  }
 
  t = Number.MAX_VALUE;
  this.renderer.selectedObject = null;
 
  for(var i = 0; i < this.objects.length; i++) {
    var objectT = this.objects[i].intersect(origin, ray);
    if(objectT < t) {
      t = objectT;
      this.renderer.selectedObject = this.objects[i];
    }
  }
 
  return (t < Number.MAX_VALUE);
};
 
UI.prototype.mouseMove = function(x, y) {
  if(this.moving) {
    var origin = eye;
    var ray = getEyeRay(this.modelviewProjection.inverse(), (x / 512* 2 - 11 - (y / 512* 2);
 
    var t = (this.movementDistance - this.movementNormal.dot(origin)) / this.movementNormal.dot(ray);
    var hit = origin.add(ray.multiply(t));
    this.renderer.selectedObject.temporaryTranslate(hit.subtract(this.originalHit));
 
    // clear the sample buffer
    this.renderer.pathTracer.sampleCount = 0;
  }
};
 
UI.prototype.mouseUp = function(x, y) {
  if(this.moving) {
    var origin = eye;
    var ray = getEyeRay(this.modelviewProjection.inverse(), (x / 512* 2 - 11 - (y / 512* 2);
 
    var t = (this.movementDistance - this.movementNormal.dot(origin)) / this.movementNormal.dot(ray);
    var hit = origin.add(ray.multiply(t));
    this.renderer.selectedObject.temporaryTranslate(Vector.create([000]));
    this.renderer.selectedObject.translate(hit.subtract(this.originalHit));
    this.moving = false;
  }
};
 
UI.prototype.render = function() {
  this.renderer.render();
};
 
UI.prototype.selectLight = function() {
  this.renderer.selectedObject = this.objects[0];
};
 
UI.prototype.addSphere = function() {
  this.objects.push(new Sphere(Vector.create([000]), 0.25, nextObjectId++));
  this.renderer.setObjects(this.objects);
};
 
UI.prototype.addCube = function() {
  this.objects.push(new Cube(Vector.create([-0.25-0.25-0.25]), Vector.create([0.250.250.25]), nextObjectId++));
  this.renderer.setObjects(this.objects);
};
 
UI.prototype.deleteSelection = function() {
  for(var i = 0; i < this.objects.length; i++) {
    if(this.renderer.selectedObject == this.objects[i]) {
      this.objects.splice(i, 1);
      this.renderer.selectedObject = null;
      this.renderer.setObjects(this.objects);
      break;
    }
  }
};
 
UI.prototype.updateMaterial = function() {
  var newMaterial = parseInt(document.getElementById('material').value, 10);
  if(material != newMaterial) {
    material = newMaterial;
    this.renderer.setObjects(this.objects);
  }
};
 
UI.prototype.updateEnvironment = function() {
  var newEnvironment = parseInt(document.getElementById('environment').value, 10);
  if(environment != newEnvironment) {
    environment = newEnvironment;
    this.renderer.setObjects(this.objects);
  }
};
 
UI.prototype.updateGlossiness = function() {
  var newGlossiness = parseFloat(document.getElementById('glossiness').value);
  if(isNaN(newGlossiness)) newGlossiness = 0;
  newGlossiness = Math.max(0, Math.min(1, newGlossiness));
  if(material == MATERIAL_GLOSSY && glossiness != newGlossiness) {
    this.renderer.pathTracer.sampleCount = 0;
  }
  glossiness = newGlossiness;
};
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// main program
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
var gl;
var ui;
var error;
var canvas;
var inputFocusCount = 0;
 
var angleX = 0;
var angleY = 0;
var zoomZ = 2.5;
var eye = Vector.create([000]);
var light = Vector.create([0.40.5-0.6]);
 
var nextObjectId = 0;
 
var MATERIAL_DIFFUSE = 0;
var MATERIAL_MIRROR = 1;
var MATERIAL_GLOSSY = 2;
var material = MATERIAL_DIFFUSE;
var glossiness = 0.6;
 
var YELLOW_BLUE_CORNELL_BOX = 0;
var RED_GREEN_CORNELL_BOX = 1;
var environment = YELLOW_BLUE_CORNELL_BOX;
 
function tick(timeSinceStart) {
  eye.elements[0= zoomZ * Math.sin(angleY) * Math.cos(angleX);
  eye.elements[1= zoomZ * Math.sin(angleX);
  eye.elements[2= zoomZ * Math.cos(angleY) * Math.cos(angleX);
 
  document.getElementById('glossiness-factor').style.display = (material == MATERIAL_GLOSSY) ? 'inline' : 'none';
 
  ui.updateMaterial();
  ui.updateGlossiness();
  ui.updateEnvironment();
  ui.update(timeSinceStart);
  ui.render();
}
 
function makeStacks() {
  var objects = [];
 
  // lower level
  objects.push(new Cube(Vector.create([-0.5-0.75-0.5]), Vector.create([0.5-0.70.5]), nextObjectId++));
 
  // further poles
  objects.push(new Cube(Vector.create([-0.45-1-0.45]), Vector.create([-0.4-0.45-0.4]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.4-1-0.45]), Vector.create([0.45-0.45-0.4]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([-0.45-10.4]), Vector.create([-0.4-0.450.45]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.4-10.4]), Vector.create([0.45-0.450.45]), nextObjectId++));
 
  // upper level
  objects.push(new Cube(Vector.create([-0.3-0.5-0.3]), Vector.create([0.3-0.450.3]), nextObjectId++));
 
  // closer poles
  objects.push(new Cube(Vector.create([-0.25-0.7-0.25]), Vector.create([-0.2-0.25-0.2]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.2-0.7-0.25]), Vector.create([0.25-0.25-0.2]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([-0.25-0.70.2]), Vector.create([-0.2-0.250.25]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.2-0.70.2]), Vector.create([0.25-0.250.25]), nextObjectId++));
 
  // upper level
  objects.push(new Cube(Vector.create([-0.25-0.25-0.25]), Vector.create([0.25-0.20.25]), nextObjectId++));
 
  return objects;
}
 
function makeTableAndChair() {
  var objects = [];
 
  // table top
  objects.push(new Cube(Vector.create([-0.5-0.35-0.5]), Vector.create([0.3-0.30.5]), nextObjectId++));
 
  // table legs
  objects.push(new Cube(Vector.create([-0.45-1-0.45]), Vector.create([-0.4-0.35-0.4]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.2-1-0.45]), Vector.create([0.25-0.35-0.4]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([-0.45-10.4]), Vector.create([-0.4-0.350.45]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.2-10.4]), Vector.create([0.25-0.350.45]), nextObjectId++));
 
  // chair seat
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.3-0.6-0.2]), Vector.create([0.7-0.550.2]), nextObjectId++));
 
  // chair legs
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.3-1-0.2]), Vector.create([0.35-0.6-0.15]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.3-10.15]), Vector.create([0.35-0.60.2]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.65-1-0.2]), Vector.create([0.70.1-0.15]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.65-10.15]), Vector.create([0.70.10.2]), nextObjectId++));
 
  // chair back
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.650.05-0.15]), Vector.create([0.70.10.15]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.65-0.55-0.09]), Vector.create([0.70.1-0.03]), nextObjectId++));
  objects.push(new Cube(Vector.create([0.65-0.550.03]), Vector.create([0.70.10.09]), nextObjectId++));
 
  // sphere on table
  objects.push(new Sphere(Vector.create([-0.1-0.050]), 0.25, nextObjectId++));
 
  return objects;
}
 
function makeSphereAndCube() {
  var objects = [];
  objects.push(new Cube(Vector.create([-0.25-1-0.25]), Vector.create([0.25-0.750.25]), nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([0-0.750]), 0.25, nextObjectId++));
  return objects;
}
 
function makeSphereColumn() {
  var objects = [];
  objects.push(new Sphere(Vector.create([00.750]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([00.250]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([0-0.250]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([0-0.750]), 0.25, nextObjectId++));
  return objects;
}
 
function makeCubeAndSpheres() {
  var objects = [];
  objects.push(new Cube(Vector.create([-0.25-0.25-0.25]), Vector.create([0.250.250.25]), nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([-0.2500]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([+0.2500]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([0-0.250]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([0+0.250]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([00-0.25]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([00+0.25]), 0.25, nextObjectId++));
  return objects;
}
 
function makeSpherePyramid() {
  var root3_over4 = 0.433012701892219;
  var root3_over6 = 0.288675134594813;
  var root6_over6 = 0.408248290463863;
  var objects = [];
 
  // first level
  objects.push(new Sphere(Vector.create([-0.5-0.75-root3_over6]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([0.0-0.75-root3_over6]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([0.5-0.75-root3_over6]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([-0.25-0.75, root3_over4 - root3_over6]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([0.25-0.75, root3_over4 - root3_over6]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([0.0-0.752.0 * root3_over4 - root3_over6]), 0.25, nextObjectId++));
 
  // second level
  objects.push(new Sphere(Vector.create([0.0-0.75 + root6_over6, root3_over6]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([-0.25-0.75 + root6_over6, -0.5 * root3_over6]), 0.25, nextObjectId++));
  objects.push(new Sphere(Vector.create([0.25-0.75 + root6_over6, -0.5 * root3_over6]), 0.25, nextObjectId++));
 
  // third level
  objects.push(new Sphere(Vector.create([0.0-0.75 + 2.0 * root6_over6, 0.0]), 0.25, nextObjectId++));
 
  return objects;
}
 
var XNEG = 0, XPOS = 1, YNEG = 2, YPOS = 3, ZNEG = 4, ZPOS = 5;
 
function addRecursiveSpheresBranch(objects, center, radius, depth, dir) {
  objects.push(new Sphere(center, radius, nextObjectId++));
  if(depth--) {
    if(dir != XNEG) addRecursiveSpheresBranch(objects, center.subtract(Vector.create([radius * 1.500])), radius / 2, depth, XPOS);
    if(dir != XPOS) addRecursiveSpheresBranch(objects, center.add(Vector.create([radius * 1.500])),      radius / 2, depth, XNEG);
 
    if(dir != YNEG) addRecursiveSpheresBranch(objects, center.subtract(Vector.create([0, radius * 1.50])), radius / 2, depth, YPOS);
    if(dir != YPOS) addRecursiveSpheresBranch(objects, center.add(Vector.create([0, radius * 1.50])),      radius / 2, depth, YNEG);
 
    if(dir != ZNEG) addRecursiveSpheresBranch(objects, center.subtract(Vector.create([00, radius * 1.5])), radius / 2, depth, ZPOS);
    if(dir != ZPOS) addRecursiveSpheresBranch(objects, center.add(Vector.create([00, radius * 1.5])),      radius / 2, depth, ZNEG);
  }
}
 
function makeRecursiveSpheres() {
  var objects = [];
  addRecursiveSpheresBranch(objects, Vector.create([000]), 0.32-1);
  return objects;
}
 
window.onload = function() {
  gl = null;
  error = document.getElementById('error');
  canvas = document.getElementById('canvas');
  try { gl = canvas.getContext('experimental-webgl'); } catch(e) {}
 
  if(gl) {
    error.innerHTML = 'Loading...';
 
    // keep track of whether an <input> is focused or not (will be no only if inputFocusCount == 0)
    var inputs = document.getElementsByTagName('input');
    for(var i= 0; i < inputs.length; i++) {
      inputs[i].onfocus = function(){ inputFocusCount++; };
      inputs[i].onblur = function(){ inputFocusCount--; };
    }
 
    material = parseInt(document.getElementById('material').value, 10);
    environment = parseInt(document.getElementById('environment').value, 10);
    ui = new UI();
    ui.setObjects(makeSphereColumn());
    var start = new Date();
    error.style.zIndex = -1;
    setInterval(function(){ tick((new Date() - start) * 0.001); }, 1000 / 60);
  } else {
    error.innerHTML = 'Your browser does not support WebGL.<br>Please see <a href="http://www.khronos.org/webgl/wiki/Getting_a_WebGL_Implementation">Getting a WebGL Implementation</a>.';
  }
};
 
function elementPos(element) {
  var x = 0, y = 0;
  while(element.offsetParent) {
    x += element.offsetLeft;
    y += element.offsetTop;
    element = element.offsetParent;
  }
  return { x: x, y: y };
}
 
function eventPos(event) {
  return {
    x: event.clientX + document.body.scrollLeft + document.documentElement.scrollLeft,
    y: event.clientY + document.body.scrollTop + document.documentElement.scrollTop
  };
}
 
function canvasMousePos(event) {
  var mousePos = eventPos(event);
  var canvasPos = elementPos(canvas);
  return {
    x: mousePos.x - canvasPos.x,
    y: mousePos.y - canvasPos.y
  };
}
 
var mouseDown = false, oldX, oldY;
 
document.onmousedown = function(event) {
  var mouse = canvasMousePos(event);
  oldX = mouse.x;
  oldY = mouse.y;
 
  if(mouse.x >= 0 && mouse.x < 512 && mouse.y >= 0 && mouse.y < 512) {
    mouseDown = !ui.mouseDown(mouse.x, mouse.y);
 
    // disable selection because dragging is used for rotating the camera and moving objects
    return false;
  }
 
  return true;
};
 
document.onmousemove = function(event) {
  var mouse = canvasMousePos(event);
 
  if(mouseDown) {
    // update the angles based on how far we moved since last time
    angleY -= (mouse.x - oldX) * 0.01;
    angleX += (mouse.y - oldY) * 0.01;
 
    // don't go upside down
    angleX = Math.max(angleX, -Math.PI / 2 + 0.01);
    angleX = Math.min(angleX, Math.PI / 2 - 0.01);
 
    // clear the sample buffer
    ui.renderer.pathTracer.sampleCount = 0;
 
    // remember this coordinate
    oldX = mouse.x;
    oldY = mouse.y;
  } else {
    var canvasPos = elementPos(canvas);
    ui.mouseMove(mouse.x, mouse.y);
  }
};
 
document.onmouseup = function(event) {
  mouseDown = false;
 
  var mouse = canvasMousePos(event);
  ui.mouseUp(mouse.x, mouse.y);
};
 
document.onkeydown = function(event) {
  // if there are no <input> elements focused
  if(inputFocusCount == 0) {
    // if backspace or delete was pressed
    if(event.keyCode == 8 || event.keyCode == 46) {
      ui.deleteSelection();
 
      // don't let the backspace key go back a page
      return false;
    }
  }
};
cs


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