JP2015197744A - 情報処理装置、計測システム、情報処理方法およびプログラム。 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 仮想光源と仮想物体が配置された仮想空間において、前記仮想物体を所定の仮想的な視点から観察した場合に得られる仮想画像の生成に用いる、物体の反射特性を計測するための計測条件を決定する情報処理装置が、前記仮想光源から放たれた光が前記仮想物体に反射されて前記仮想的な視点に到達する光の経路を取得する経路取得手段と、前記経路取得手段により取得された前記光の経路に基づいて、前記光の経路に対応する前記反射特性の計測条件を決定する決定手段とを有する。
【選択図】 図3
Description
本実施例では、現実に存在する物体(実物体)の質感を反映した仮想空間中の物体(仮想物体)のCG画像を生成するために、実物体の反射特性を計測する計測システムについて説明する。本実施例の計測システムは、仮想物体および仮想光源が存在する仮想空間において、特定の視点から仮想物体を観察したCG画像を生成する際、そのCG画像の生成に必要な反射特性のみを計測する。これにより、全ての条件における反射特性を網羅的に計測しなくても目的のCG画像を得ることができるので、反射特性の計測時間およびデータ量を削減することができる。
次に、図2に情報処理装置101(以下、処理装置101とする)の構成を示す。
実施例1では、CG画像を生成する際に、仮想光源から仮想物体に一度だけ反射されて仮想カメラに到達する光線(直接光)のみを考慮する場合について説明した。本実施例においては、仮想物体の表面上で二次反射が生じ、仮想カメラに間接的に照射される光線(間接光)を考慮した計測条件設定の例について説明する。図9は、仮想空間において生じる二次反射を示す模式図である。光源503から射出された光線は、仮想物体502上の点P2に入射される。そして、点P2において反射された光線は、点P1に入射され、点P1に入射された光線は反射されて画素Sに入射される。こういった間接光を考慮したCG画像を生成する際には、光線経路L−P2−P1における反射特性と、光線経路P2−P1−Sにおける反射特性を計測することが必要となる。
実施例1および実施例2では、反射特性をBRDFでモデル化する例について説明した。本実施例においては、仮想物体の表面に入射した光が仮想物体内部で散乱を生じるような半透明の物体の例について説明する。このような半透明物体の反射特性は双方向散乱面反射率分布関数(BSSRDF)によって表される。なお、光源としては実施例1および2と同様に、点光源が1個配置されているものとして説明する。図11は、半透明の物体における反射光の光線経路を示す図である。光源503から射出された光線は仮想物体502の点Qに入射し、点Qに入射した光は仮想物体502の内部を散乱しながら進行し、点Pから出射して画素Sに入射する。このような物体の反射特性であるBSSRDFは、BRDFとは異なり、入射光と出射光の方向だけではなく、物体への入射点と物体からの出射点の座標もパラメータとする変数である。入射光の方向を表わす入射光ベクトルをωi、出射光の方向を表わす出射光ベクトルをωo、入射点の座標をxi、出射点の座標をxoとすると、1つのBSSRDFの計測条件は(ωi,xi,ωo,xo)と表わされる。BSSRDFの計測では、仮想物体502上で光源Lから光が入射する点全てが入射点の候補となり、仮想物体502上で出射した光が画素Sに入射する全ての点が出射点の候補となる。そこで、本実施例の光線経路取得処理では、入射点の候補リストと出射点の候補リストをそれぞれあらかじめ作成し、その候補リストから入射点と出射点の任意の組み合わせを選択して光線経路として出力する。
ステップS601〜S604では、実施例1と同様の処理が行われ、仮想カメラ501上の画素Sに対応する仮想物体502上の点Pの座標が算出される。そして、ステップS1207では、経路取得部305が、ステップS604で算出された点Pの座標をRAM202に保存された出射点候補リストに追加する。そして、ステップS608では、実施例1と同様に、全ての画素が処理されたか否かが判断される。全ての画素が処理されたと判断された場合、ステップS1208に進む。ステップS1208では、経路取得部305が、RAM202に保存された入射点候補リストと出射点候補リストを参照し、入射点と出射点の任意の組み合わせを選択する。本実施例では、この入射点と出射点の組み合わせが光線経路として扱われる。そして、ステップS1209では、経路取得部305が、ステップS1208で選択された光線経路を設定部306に出力する。そして、ステップS1210では、経路取得部305が、選択可能な光線経路の全てを出力したか否かを判定する。全ての光線経路が出力されたと判定されない場合は、ステップS1208に戻り新たな光線経路を出力する。全ての光線経路が出力されたと判定された場合は処理を終了する。
(平行処理)
上記の実施例では、ステップS403において、反射特性を計測すべき全ての計測条件を設定してから反射特性の計測や画像の生成処理を実行する例について説明したが、必ずしもこのような処理にする必要はない。例えば、計測条件リストに新たに追加された計測条件をすぐに計測装置に出力するなどして、計測条件の設定と反射特性の計測を平行して行うことができる。計測条件の導出に時間がかかるような場合は、この方が反射特性計測の時間を短縮することができる。また、計測条件の導出に時間がかからない場合は、全ての計測条件を設定してから反射特性の計測を実行した方が、計測装置の効率よい駆動経路を考慮した計測順を決定することができるので、反射特性計測にかかる時間を短縮することができる。また、同様にして、CG画像の画素値の出力も、計測された反射特性に対応する画素の画素値の生成を、反射特性の計測と平行して行うようにしてもよい。
上記の実施例では、計測条件リストに類似の計測条件がないかをステップS804で判断し、類似の計測条件がある場合には新たな計測条件を計測条件リストに追加しないようにしたが、この処理を行わないようにしてもよい。すなわち、ステップS803で類似度の算出をせず、生成するCG画像に対応する全ての計測条件を計測条件リストに追加し、その全ての計測条件で計測を行うようにしてもよい。その場合、実際に計測する計測条件の総数は増加し、計測時間が増大するが、より高精度なCG画像生成が可能となる。
上記の実施例では計測条件リストに含まれる計測条件と、新たに取得した計測条件を比較し、新たに取得した計測条件が既に計測条件リストに含まれている計測条件と類似する場合には、その計測条件の計測条件リストに追加しない例について説明した。しかし、本発明の実施形態はこの形態に限られず、取得した計測条件を全て計測条件リストに追加してから、その中で計測条件同士の比較を行い、類似する計測条件を削除していくようにしてもよい。
複数の計測条件を用いて計測する場合、計測装置102の性質によっては、反射特性を計測する順序を適切に整列することによって計測時間を短縮できることがある。そのため、ステップS403において計測条件リストを生成した後、計測条件リストに含まれる計測条件を整列して計測装置に適した計測順序にしてもよい。例えば、2組の計測条件(ωi1,ωo1)と(ωi2,ωo2)との距離は式(5)の類似度と同じ計算で与えられる。これを利用して計測条件リストに含まれる計測条件に対してグラフ構造を構築し、動的計画法やその他の経路問題の解法を用いて全ての計測条件を通過する最短経路を求めればよい。
ステップS404において反射特性を計測する前や計測している最中に、図13のように計測条件リストや計測値を示す情報を表示装置103に表示してもよい。これによって、ユーザは反射特性を計測する計測条件リストの情報を直感的に理解できるほか、計測の進捗状況などを把握することが可能となる。
上記の実施例では実物体の反射特性の計測が事前に行われていない状況から処理を開始する例について説明したが、反射特性の計測が部分的に完了した状況から始めてもよい。その場合、ステップS801では設定部306が、計測済みの計測条件を計測条件リストに格納し、計測済みの計測条件以外の計測条件を計測条件リストから削除する。そして、ステップS404では、ステップS403において計測条件リストに新たに追加された、計測済みでない計測条件について反射特性の計測を行うようにする。このように処理によれば、既に反射特性を計測した計測条件に類似した計測条件を除外しつつ、新たに追加された計測条件だけで計測を行うことができる。
上記実施例では仮想空間に配置されている仮想物体は1つであるとして説明したが、仮想物体の数に制約はなく、2個以上の仮想物体が配置された仮想空間に対応するCG画像を生成するようにしてもよい。仮想空間に配置された複数の仮想物体が全て同一の質感を有する場合は、全ての仮想物体を纏めて1つの仮想物体として扱って計測条件の設定を行えばよい。また、互いに異なる質感を持つ仮想物体が仮想空間に配置されている場合は、1つの質感に対応する物体ごとに計測条件リストを別々に生成すればよい。
上記実施例では、仮想空間に配置されている光源は単一の点光源であるとして説明を行ったが、光源の数に制約はなく、二つ以上の光源を設定するようにしてもよい。その場合、は、それぞれの光源について独立に計測条件の設定を行い、CG画像生成の際には、各光源に由来する放射輝度を統合して画素値とすればよい。
また、上記の実施例では光源モデルの種類として点光源を使用する方法について説明したが、光源の種類に制約はなく、面光源や平行光源を用いてもよい。面光源を使用する場合には、面光源の表面上に多数の点光源を敷き詰め、面光源を点光源で近似することにより、複数の点光源を用いた場合と同様に処理することができる。平行光源を使用する場合には光源の方向が仮想空間中で一定であるため、平行光源の方向をldとおくと、ステップS802で取得される入射光ベクトルωiは、点Pの位置に依らずに次式で表される。
上記の実施例では仮想カメラのモデル化手法としてピンホールカメラモデルを用いた例を説明したが、本実施例を適用するためのカメラモデルの形態に制限はない。つまり、開口角やレンズの収差を考慮した、より複雑な光学系をモデル化したカメラモデルを用いてもよい。例えば、人の目から観察したような画像が得られるように、人の目の特性を考慮したカメラモデルを用いて必要な反射特性の計測を行ってもよい。
(BTFを計測する場合)
上記の実施例では反射特性としてBRDFやBSSRDFを計測する方法について説明したが、反射特性の種類に制約はなく、例えば双方向テクスチャ関数(BTF)を計測対象としてもよい。双方向テクスチャ関数は、表面上の座標によって反射率が異なる不透明物体の反射特性を表わす値であり(xo,ωi,ωo)として表わされる。ただし、xoは仮想物体の表面における点Pのテクスチャ座標(2次元)である。このxoを取得するためには、仮想物体および実物体に予めテクスチャ座標を設定しておけばよい。一般的にテクスチャ座標は手作業で設定することが多いが、公知のUV−Unwrap技術などを使用してもよい。
カーペットの模様のように拡散反射面に近い材質の反射特性はディフューズテクスチャによって表現される。ディフューズテクスチャは、反射光の強度が入射光の角度および出射光角度に寄らない場合を表現する反射特性である。つまり、この場合の物体の反射特性は物体表面のテクスチャ座標xoのみに依存するので、ディフューズテクスチャを用いた場合の計測条件は(xo)となる。
上記の実施例では反射特性の波長依存性は無いものとして説明したが、波長依存性を考慮した計測条件の設定を行ってもよい。例えば、赤・青・緑の3波長についてそれぞれ反射特性を計測してもよいし、あるいは可視波長域に対してさらに詳細に分光反射率を計測してもよい。その場合には仮想光源の強度として対応する波長に対する放射輝度を設定すればよい。
本発明の適用範囲は上述の実施形態に限られるものではなく、上述の実施形態を互いに組み合わせたものであってもよい。例えば、実施例1と実施例2を組み合わせて、直接反射光に対応する計測条件と二次反射光に対応する計測条件の両方を一度に設定するようにしてもよい。
102 計測装置
103 表示装置
305 経路取得部
306 設定部
307 計測部
308 生成部
反射特性を計測する前や計測している最中に、図13のように計測条件リストや計測値を示す情報を表示装置103に表示してもよい。これによって、ユーザは反射特性を計測する計測条件リストの情報を直感的に理解できるほか、計測の進捗状況などを把握することが可能となる。
上記の実施例では実物体の反射特性の計測が事前に行われていない状況から処理を開始する例について説明したが、反射特性の計測が部分的に完了した状況から始めてもよい。その場合、ステップS801では設定部306が、計測済みの計測条件を計測条件リストに格納し、計測済みの計測条件以外の計測条件を計測条件リストから削除する。そして、ステップS403において計測条件リストに新たに追加された、計測済みでない計測条件について反射特性の計測を行うようにする。このように処理によれば、既に反射特性を計測した計測条件に類似した計測条件を除外しつつ、新たに追加された計測条件だけで計測を行うことができる。
Claims (18)
- 仮想光源と仮想物体が配置された仮想空間において前記仮想物体を所定の仮想的な視点から観察した場合に得られる仮想画像の生成に用いる、物体の反射特性を計測するための計測条件を決定する情報処理装置であって、
前記仮想光源から放たれた光が前記仮想物体に反射されて前記仮想的な視点に到達する光の経路を取得する経路取得手段と、
前記経路取得手段により取得された前記光の経路に基づいて、前記光の経路に対応する反射特性の計測条件を決定する決定手段とを有することを特徴とする情報処理装置。 - 前記決定手段は、前記光の経路に基づいて、前記反射特性の計測に用いることが可能な計測条件の中から、前記仮想画像の生成に用いられない反射特性の計測条件のうちの少なくとも一部を除いた複数の計測条件を、前記光の経路に対応する反射特性の計測条件として決定することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記決定手段により決定された計測条件に基づいて計測された実物体の反射特性を取得し、該取得した反射特性を用いて、前記実物体の前記仮想画像を生成する生成手段を更に有することを特徴とする請求項1又は2に記載の情報処理装置。
- 前記決定手段は、実物体の反射特性を計測する計測手段に、前記決定手段により決定された計測条件を出力する出力手段を有し、
前記生成手段は、前記出力手段によって前記計測手段に出力された前記計測条件を用いて前記計測手段に取得された反射特性を取得することを特徴とする請求項3に記載の情報処理装置。 - 前記決定手段は、
前記計測手段に出力する計測条件として、複数の計測条件を含む計測条件リストを生成し、
前記計測条件リストに含まれる各計測条件について、反射特性の計測に用いる順序を決定し、
前記出力手段は、前記順序を反映した前記計測条件リストを前記計測手段に出力することを特徴とする請求項4に記載の情報処理装置 - 前記決定手段は、前記光の経路に基づいて複数の計測条件を取得する条件取得手段と、
前記条件取得手段により取得された複数の計測条件を比較し、互いに類似する計測条件を判定する比較手段とを有し、
前記決定手段は、前記比較手段により互いに類似すると判定された計測条件のうちの少なくとも一つの計測条件を、前記反射特性の計測に用いない計測条件として決定することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の情報処理装置。 - 前記決定手段は、既に計測済みの計測条件を示す情報を取得する手段を有し、
前記比較手段は、前記計測済みの計測条件と、前記条件取得手段により取得された複数の計測条件とを比較し、
前記決定手段は、前記条件取得手段により取得された複数の計測条件のうち、前記比較手段により、前記計測済みの計測条件と類似すると判定された計測条件のうちの少なくとも一つの計測条件を、前記反射特性の計測に用いない計測条件として決定することを特徴とする請求項6に記載の情報処理装置。 - 前記計測条件は、前記仮想物体を前記仮想的な視点から仮想的なカメラによって撮影した場合に得られる仮想画像の生成に用いる、物体の反射特性を計測するための計測条件であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の情報処理装置。
- 前記仮想カメラの特性を示すカメラデータと、前記仮想光源の特性を示す光源データと、前記仮想物体の特性を示す物体データとを取得する手段を更に有し、
前記経路取得手段は、前記カメラデータと前記光源データと前記物体データとに基づいて前記光の経路を算出することで、前記光の経路を取得することを特徴とする請求項8に記載の情報処理装置。 - 前記カメラデータは、前記仮想カメラにおける結像面の位置、方向、大きさ、画素数の情報を少なくとも含むことを特徴とする請求項9に記載の情報処理装置。
- 前記光源データは、前記光源の種類と強度を示す情報を少なくとも含むことを特徴とする請求項9又は10に記載の情報処理装置。
- 前記物体データは、前記仮想物体の位置および形状を示す情報を少なくとも含むことを特徴とする請求項9乃至11のいずれか一項に記載の情報処理装置。
- 前記計測条件は、光源と受光センサを有する計測手段における、前記光源と前記受光センサの間の位置関係を示す情報を含むことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の情報処理装置。
- 前記計測条件は、前記計測手段において、前記光源から放たれた光線が実物体に反射して前記受光センサに到達する際の光の経路において、前記実物体に入射する入射光の方向と、前記実物体から出射する出射光の方向とを示す情報を含むことを特徴とする請求項13に記載の情報処理装置。
- 前記反射特性はBRDF、BSSRDF、BTFのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の情報処理装置。
- 仮想光源と仮想物体が配置された仮想空間において、前記仮想物体を仮想的な視点から観察した場合に得られる仮想画像の生成に用いる、物体の反射特性を計測するための計測条件を決定する情報処理装置と、前記情報処理装置によって決定された前記計測条件を用いて物体の反射特性を計測する計測装置とを含む計測システムであって、
前記情報処理装置は、
前記仮想光源から放たれた光が前記仮想物体に反射されて前記仮想的な視点に到達する光の経路を取得する経路取得手段と、
前記経路取得手段により取得された前記光の経路に基づいて、前記反射特性の計測条件を決定し、前記計測装置に出力する決定手段と、を有し、
前記計測装置は、前記決定手段により出力された前記計測条件を用いて、物体の反射特性を計測する計測手段を有することを特徴とする計測システム。 - 仮想光源と仮想物体が配置された仮想空間において、前記仮想物体を仮想的な視点から観察した場合に得られる仮想画像の生成に用いる、物体の反射特性を計測するための計測条件を決定する情報処理方法であって、
前記仮想光源から放たれた光が前記仮想物体に反射されて前記仮想的な視点に到達する光の経路を取得する経路取得工程と、
前記経路取得工程により取得された前記光の経路に基づいて、前記反射特性の計測条件を決定する決定工程とを含むことを特徴とする情報処理方法。 - コンピュータを、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の情報処理装置の各手段として機能させるプログラム。
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町田貴史, 外1名: ""相互反射を考慮した物体表面反射特性の推定"", 電子情報通信学会技術研究報告, vol. 第101巻, 第389号, JPN6018014248, 18 October 2001 (2001-10-18), JP, pages 19 - 24, ISSN: 0003863421 * |
Cited By (2)
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