JP4808600B2 - レンダリングプログラム、レンダリング装置、及びレンダリング方法 - Google Patents
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Description
Is=Ks・S・cosp[acos{L*(−T)}−acos(V*T)] (B)
Id=Kd・sin(acos(L*T)) (C)
I:反射光のエネルギー
Is:反射光のうち鏡面反射成分のエネルギー
Id:反射光のうち拡散反射成分のエネルギー
p:反射光の拡がりを示す係数
Ks:鏡面反射成分のエネルギーをコントロールするための係数
Kd:拡散反射成分のエネルギーをコントロールするための係数
L:光線方向を示す単位ベクトル
V:視点の方向を示す単位ベクトル
T:繊維方向を示す単位ベクトル
このように、カジヤ−ケイモデルにおいては、視線方向、繊維方向、及び光線方向等を設定することで、反射光のエネルギーを得ることができる。
J.Kajiya,T.Kay,"Rendering fur with three dimensional textures"(3次元テクスチャを使用した毛皮のレンダリング)、proceedings of SIGGRAPH(1989)
ここで、Isは鏡面反射成分を示し、Id1は第1の拡散反射成分を示し、Id2は第2の拡散反射成分を示し、Wは立毛反射成分を示す。
式(2)に示すKsは鏡面反射係数を示し、Lは光線方向を示し、Vは視線方向を示し、Tは繊維方向を示し、”*”はベクトルの内積を示す。Sは光源からの光が到達しない遮蔽領域が存在することに起因する鏡面反射光のエネルギーの低下を再現するための遮蔽補正係数であり、式(3)により表される。
図5は遮蔽補正係数の説明図である。繊維f1は円筒形状を有しているため、視点から繊維f1を見ることが可能な繊維f1の表面上の領域R1内において光源からの光が到達する到達領域R2と光が到達しない遮蔽領域R3が発生する結果、鏡面反射光のエネルギーが低下してしまう。そこで、本レンダリング装置では、この鏡面反射成分のエネルギーの低下を再現するために、繊維f1の断面を円形と仮定し、領域R1の大きさに対する到達領域R2の大きさの割合を表す遮蔽補正係数Sを鏡面反射成分Isに含ませている。
式(4)に示すKd1は第1の拡散反射係数を示す。
式(5)に示す、Kd2は第2の拡散反射係数を示す。また、Nは糸の法線方向を示す単位ベクトルである。
式(6)に示すdは繊維密度を示し、テクスチャに含まれる繊維密度情報が代入される。図19は、立毛反射成分Wの説明図である。起毛処理された糸T1は、複数本の散らばった繊維f1から構成されているため、多くの箇所で光源からの光が反射され、反射光が散乱する。そこで、この反射光の散乱を再現するために、本レンダリング装置は、反射関数に立毛反射成分Wを含ませている。
式(7)に示すFはフレネルの公式を示し、式(8)によって表される。
式(8)に示すθ1は入射角を示し、θ2は屈折角を示し、予め定められた値が採用されている。
但し、p´は補正された光沢係数を示し、pは注目点CPを設定した糸T1における光沢係数を示す。
但し、Ks´は、補正後の鏡面反射係数Ksを示し、Ksは補正前の鏡面反射成分を示す。
100 処理部
101 モデル取得部
102 テクスチャ取得部
103 色情報取得部
104 摂動設定情報取得部
105 反射特性取得部
106 修正部
107 レンダリング部
108 表示制御部
200 記憶部
201 モデル記憶部
202 テクスチャ記憶部
203 反射特性記憶部
204 反射関数記憶部
300 入力部
400 表示部
f1 繊維
Is 鏡面反射成分
Id1 第1の拡散反射成分
Id2 第2の拡散反射成分
Kd1 第1の拡散反射係数
Kd2 第2の拡散反射係数
Ks 鏡面反射係数
L 光線方向
N 法線方向
p 光沢係数
S 遮蔽補正係数
V 視線方向
W 立毛反射成分
Claims (9)
- 仮想3次元空間内で予め作成された立体モデルをレンダリングするレンダリングプログラムであって、
前記立体モデルを取得するモデル取得手段と、
布の表面形状を表す高さ情報と、布を構成する糸の繊維方向を示す繊維方向情報とを含み、前記立体モデルの表面に貼り付けられる布のテクスチャを取得するテクスチャ取得手段と、
仮想3次元空間内における光線方向、視線方向、及び前記繊維方向情報により示される繊維方向に応じた糸の反射光のエネルギーを表す反射関数と前記テクスチャとを用いて前記立体モデルをレンダリングするレンダリング手段と、
光線方向及び視線方向を変化させて現物の糸の反射光のエネルギーを測定することで得られる現物の糸の反射特性を取得する反射特性取得手段と、
前記反射特性取得手段により取得された反射特性と、前記反射関数から得られる反射光のエネルギーとの誤差が最小となるように前記反射関数を修正する修正手段としてコンピュータを機能させ、
前記レンダリング手段は、前記修正手段により修正された反射関数を用いて前記立体モデルをレンダリングし、
前記反射関数は、糸の鏡面反射光のエネルギーを示す鏡面反射成分と、糸の拡散反射光のうち糸の繊維方向を考慮した拡散反射光のエネルギーを示す第1の拡散反射成分と、糸の拡散反射光のうち糸の繊維方向を考慮しない拡散反射光のエネルギーを示す第2の拡散反射成分とを含み、
前記鏡面反射成分は、前記光線方向、前記視線方向、及び前記繊維方向により定められる変数部と、前記変数部にかかる鏡面反射係数と、前記鏡面反射光のエネルギーの分布の拡がりを示す光沢係数とを含み、
前記第1の拡散反射成分は、前記光線方向及び前記繊維方向により定められる変数部と、前記変数部にかかる第1の拡散反射係数とを含み、
前記第2の拡散反射成分は、前記光線方向、及び糸の法線方向により定められる変数部と、前記変数部にかかる第2の拡散反射係数とを含み、
前記修正手段は、前記反射特性取得手段により取得された反射特性と、前記反射関数から得られる反射光のエネルギーとの誤差が最小となるように、前記鏡面反射係数と、前記光沢係数と、前記第1の拡散反射係数と、前記第2の拡散反射係数とのうち、少なくともいずれか1つの係数を算出することを特徴とするレンダリングプログラム。 - 前記修正手段は、前記反射関数から得られる反射光のエネルギーの分布の合計が、入射するエネルギーと等しくなるように、前記鏡面反射係数、前記第1の拡散反射係数、及び前記第2の拡散反射係数を規格化することを特徴とする請求項1記載のレンダリングプログラム。
- 前記テクスチャは、起毛処理された糸を構成する繊維の密度を示す繊維密度情報を含み、
前記反射関数は、前記繊維密度情報に基づいて、起毛処理された糸を構成する繊維によって散乱する反射光のエネルギーを算出する立毛反射成分を更に含むことを特徴とする請求項1又は2記載のレンダリングプログラム。 - 前記レンダリング手段は、前記繊維密度情報が低い箇所ほど、前記鏡面反射光のエネルギーの分布が拡がるように前記光沢係数を補正することを特徴とする請求項3記載のレンダリングプログラム。
- 前記鏡面反射成分は、糸を構成する繊維の表面において、光源からの光が到達しない遮蔽領域が存在することに起因する鏡面反射光のエネルギーの低下を再現するための遮蔽補正係数を更に含み、
前記レンダリング手段は、前記遮蔽補正係数を含む鏡面反射成分を用いてレンダリングすることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のレンダリングプログラム。 - 前記立体モデルの色を指定するための色情報を取得する色情取得手段を更に備え、
前記レンダリング手段は、前記色情報取得手段によって取得された色情報を用いて前記立体モデルをレンダリングすることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のレンダリングプログラム。 - 前記起毛処理された繊維の向きに偏りを与えて繊維を摂動させるための摂動設定情報を取得する摂動設定情報取得手段を更に備え、
前記レンダリング手段は、前記摂動設定情報が取得された場合、立体モデル表面の所定の領域において起毛処理された繊維の向きに所定の偏りを与えることを特徴とする請求項3記載のレンダリングプログラム。 - 仮想3次元空間内で予め作成された立体モデルをレンダリングするレンダリング装置であって、
前記立体モデルを取得するモデル取得手段と、
布の表面形状を表す高さ情報と、布を構成する糸の繊維方向を示す繊維方向情報とを含み、前記立体モデルの表面に貼り付けられる布のテクスチャを取得するテクスチャ取得手段と、
仮想3次元空間内における光線方向、視線方向、及び前記繊維方向情報に応じた糸の反射光のエネルギーを表す反射関数と前記テクスチャとを用いて前記立体モデルをレンダリングするレンダリング手段と、
光線方向及び視線方向を変化させて現物の糸の反射光のエネルギーを測定することで得られる現物の糸の反射特性を取得する反射特性取得手段と、
前記反射特性取得手段により取得された反射特性と前記反射関数から得られる糸の反射光のエネルギーとの誤差が最小となるように前記反射関数を修正する修正手段とを備え、
前記レンダリング手段は、前記修正手段により修正された反射関数を用いて前記立体モデルをレンダリングし、
前記反射関数は、糸の鏡面反射光のエネルギーを示す鏡面反射成分と、糸の拡散反射光のうち糸の繊維方向を考慮した拡散反射光のエネルギーを示す第1の拡散反射成分と、糸の拡散反射光のうち糸の繊維方向を考慮しない拡散反射光のエネルギーを示す第2の拡散反射成分とを含み、
前記鏡面反射成分は、前記光線方向、前記視線方向、及び前記繊維方向により定められる変数部と、前記変数部にかかる鏡面反射係数と、前記鏡面反射光のエネルギーの分布の拡がりを示す光沢係数とを含み、
前記第1の拡散反射成分は、前記光線方向及び前記繊維方向により定められる変数部と、前記変数部にかかる第1の拡散反射係数とを含み、
前記第2の拡散反射成分は、前記光線方向、及び糸の法線方向により定められる変数部と、前記変数部にかかる第2の拡散反射係数とを含み、
前記修正手段は、前記反射特性取得手段により取得された反射特性と、前記反射関数から得られる反射光のエネルギーとの誤差が最小となるように、前記鏡面反射係数と、前記光沢係数と、前記第1の拡散反射係数と、前記第2の拡散反射係数とのうち、少なくともいずれか1つの係数を算出することを特徴とするレンダリング装置。 - 仮想3次元空間内で予め作成された立体モデルをレンダリングするレンダリング方法であって、
コンピュータが、前記立体モデルを取得するステップと、
コンピュータが、布の表面形状を表す高さ情報と、布を構成する糸の繊維方向を示す繊維方向情報とを含み、前記立体モデルの表面に貼り付けられる布のテクスチャを取得するステップと、
コンピュータが、仮想3次元空間内における光線方向、視線方向、及び前記繊維方向情報に応じた糸の反射光のエネルギーを表す反射関数と前記テクスチャとを用いて前記立体モデルをレンダリングするステップと、
コンピュータが、光線方向及び視線方向を変化させて現物の糸の反射光のエネルギーを測定することで得られる現物の糸の反射特性を取得するステップと、
コンピュータが、前記反射特性取得手段により取得された反射特性と前記反射関数から得られる反射光のエネルギーとの誤差が最小となるように前記反射関数を修正するステップとを備え、
前記レンダリングするステップは、前記修正手段により修正された反射関数を用いて前記立体モデルをレンダリングし、
前記反射関数は、糸の鏡面反射光のエネルギーを示す鏡面反射成分と、糸の拡散反射光のうち糸の繊維方向を考慮した拡散反射光のエネルギーを示す第1の拡散反射成分と、糸の拡散反射光のうち糸の繊維方向を考慮しない拡散反射光のエネルギーを示す第2の拡散反射成分とを含み、
前記鏡面反射成分は、前記光線方向、前記視線方向、及び前記繊維方向により定められる変数部と、前記変数部にかかる鏡面反射係数と、前記鏡面反射光のエネルギーの分布の拡がりを示す光沢係数とを含み、
前記第1の拡散反射成分は、前記光線方向及び前記繊維方向により定められる変数部と、前記変数部にかかる第1の拡散反射係数とを含み、
前記第2の拡散反射成分は、前記光線方向、及び糸の法線方向により定められる変数部と、前記変数部にかかる第2の拡散反射係数とを含み、
前記修正手段は、前記反射特性取得手段により取得された反射特性と、前記反射関数から得られる反射光のエネルギーとの誤差が最小となるように、前記鏡面反射係数と、前記光沢係数と、前記第1の拡散反射係数と、前記第2の拡散反射係数とのうち、少なくともいずれか1つの係数を算出することを特徴とするレンダリング方法。
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