JP6661336B2 - 構造体から光学信号を表すデータを取得するためのシステム、そのデータをマッピングする方法、および、非一過性コンピュータ読み取り可能媒体 - Google Patents
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Description
1.マッピング(第1の態様に従う)を表すデータを決定する上述したデジタルデータ処理方法が実行される。
2.双方向反射率分布関数(BRDF)モデルを記述する反射率関数データが取得される。反射率関数データは、例えば、BRDFモデルの数学的表現を表すコードからなる。
3.反射面マッピングデータおよび反射率関数データに基づいて、反射面の空間的に変化する双方向反射率分布を記述する反射率分布データが決定される。例えば、これは、BRDFモデルを、例えば、表面位置ごとの表面ジオメトリデータを考慮して、第1画像データ、第2画像データおよび第3画像データに含まれる反射率情報に外挿することにより実行される。外挿プロセスに対して、非線形最適化アルゴリズムが使用される。反射面の空間的に変化する双方向反射率分布を定義する、生成されたSVBRDF(空間的に変化する双方向反射率分布関数)パラメータが、不揮発性電子メモリ装置上の反射分布データを含むデジタルファイル内に格納される。
1.構造体の反射面の空間的に変化する双方向反射率分布を記述するデータを決定する上記方法(第2の態様に従う)が実行される。
2.反射分布データに基づいて、表面表現データが決定される(例えば、合成される)。それは、反射面の画像(デジタル画像)を記述(例えば、定義)する。表面表現データは、例えば、特定の観測角度(表面が視覚的に観測される高度角度および方位角)に対して決定される。
3.例えば、第3の態様に従う当該方法は、例えば、標準的なモニターのようなディスプレイ装置上に、または、プロジェクタおよびスクリーン(プロジェクタスクリーン、例えばキャンバススクリーン)を通じて、表面表現データ(すなわち、反射面を表すデジタル画像)の情報コンテンツをオフラインレンダリング(例えば、ディスプレイ)することを含む。
1.構造体の反射面の反射率分布を決定する上記方法(第2の態様に従う)が実行される。
2.反射面マッピングデータおよび、第1画像データ、第2画像データ、第3画像データの少なくともひとつに基づいて、シャドー外観データが決定される。それは、反射面のシャドー外観を記述(例えば、定義)する。シャドー外観を特徴づけるシャドー外観データ内に含まれるシャドー外観パラメータは、後に使用するためにデジタルファイル内に格納される。具体的には、シャドー外観パラメータは、空間的に変化する双方向反射率分布パラメータと一緒にひとつのファイル内に格納される。
1.構造体の反射面の反射率分布を決定する上述した方法(第2の態様に従う)が実行される。
2.反射率分布データおよび任意のシャドー外観データに基づいて、反射面の画像を記述(例えば、定義)する表面表現データが決定される。
3.例えば、第5の態様に従う方法は、例えば、標準的なモニターのようなディスプレイ装置上またはプロジェクタおよびスクリーン(プロジェクタスクリーン、例えばキャンバススクリーン)を通じた、表面表現データ(すなわち、反射面を表すデジタル画像)の情報コンテンツのオンライン(すなわち、リアルタイム)レンダリング(例えばディスプレイ)を含む。
a)反射面上に第1の種類の光を照射するように構成された少なくともひとつの第1光源と、
b)反射面上に第2の種類の光を照射するように構成された少なくともひとつの第2光源と、
c)反射面上に第3の種類の光を照射するように構成された少なくとも一つの第3の光源であり、代替的にまたは付加的に、当該構造体は、第3の種類の光に対して透過的であり、第3の光源は、当該構造体を通じて第4の種類の光を照射するように(それが、反射面を通じて、例えば、反射面を介して検出システムへ伝達されるように)構成されている、ところの第3の光源と、
d)第1の態様に従う方法に関して説明したように、第1、第2および第3の種類の光は光の3つの異なるタイプを構成し、
e)構造体を支持するための支持部(例えば、その上で構造体が配置されて第1種類の光、第2種類の光、第3種類の光、適用可能であれば第4種類の光に従う光を照射されるターンテーブル)と、
f)検出システムであって、
反射面からの第1の種類の光の第1反射信号を検出し、該第1反射信号を、構造体の反射面の画像を記述する第1画像データに変換し、
反射面からの第2の種類の光の第2反射信号を検出し、該第2反射信号を、構造体の反射面の画像を記述する第2画像データに変換し、
反射面から、第3の種類の光の第3の反射信号または透過信号を検出し、該第3反射信号を、構造体の反射面の画像を記述する第3画像データに変換するか、または、該透過信号を、構造体の画像を記述する第3画像データに変換する
ように構成された検出システムと、
g)検出システムと動作的に接続されたコンピュータであって、第7の態様に従うコンピュータプログラムを実行するように構成され、および/または、第8の態様に従う格納媒体を有する、ところのコンピュータと、
を有する。
反射面に第4の種類の光を照射するように構成された少なくともひとつの第4の光源を有し、
検出システムは、構造体からの第4の種類の光の第4の反射信号または透過信号を検出し、該第4の反射信号または透過信号を、構造体の反射面の高さフィールドを記述する表面ジオメトリデータに変換するように構成され、
少なくともひとつの第1光源は広帯域点光源であり、少なくともひとつの第2光源は、スペクトル点光源であり、第3光源は広帯域線形光源であり、第4光源は構造光の光源である。構造光の光源は、例えば、第1の態様に従う方法の文脈において説明されたものである。
本願発明のフレームワーク内で、コンピュータプログラムエレメントは、ハードウエアおよび/またはソフトウエア(ファームウエア、レジデントソフトウエア、マイクロコード等を含む)によって実行可能である。本願発明のフレームワークの範囲内で、コンピュータプログラムエレメントは、コンピュータプログラムプロダクトの形式を取ることも可能である。それは、例えば、命令実行システム上でまたはそれに関連してデータ格納媒体内で実行される、コンピュータ読み取り可能なプログラムインストラクションである“コード”または“コンピュータプログラム”を含む、コンピュータ読み取り可能データ格納媒体によって実行される。このシステムは、コンピュータであってよい。コンピュータは、データ処理装置であり、本願発明に従うコンピュータプログラムエレメントおよび/またはプログラムを実行するための手段、例えば、データ処理装置を有する。データ処理装置は、コンピュータプログラムエレメントを実行するデジタル電子プロセッサ(中央処理ユニットまたはCPU)および、コンピュータプログラムエレメントを実行するために使用されるデータおよび/または実行して生成されたデータを格納するための揮発性メモリ(例えば、ランダムアクセスメモリまたはRAM)を有する。本願発明のフレームワーク内で、コンピュータ使用可能、例えば、コンピュータ読み取り可能格納媒体は、命令実行システム、装置またはデバイス上でまたはそれと関連して使用するためのプログラムを含み、格納し、通信し、伝達しまたは輸送することができる、任意のデータストレージ媒体であってよい。コンピュータ使用可能、例えば、コンピュータ読み取り可能データ格納媒体は、例えば、これに限定されないが、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外線または半導体システム、装置またはデバイス、あるいは、インターネットのような通信媒体である。コンピュータ使用可能またはコンピュータ読み取り可能データ格納媒体は、例えば、紙または、その上にプログラムが印刷可能な他の適当な媒体であってもよい。プログラムは、紙または他の適当な媒体を光学的にスキャンすることにより、電子的に捕捉可能であり、その後、コンパイルされ、インタプリタされ、または、他の適当な方法で処理される。データ格納媒体は、例えば、不揮発性データ格納媒体である。ここで説明するコンピュータプログラムプロダクトおよび任意のソフトウエアおよび/またはハードウエアは、本例の実施形態において、本願発明の関数を実行するためのさまざまな手段を形成する。コンピュータおよび/またはデータ処理デバイスは、例えば、ガイダンス情報デバイスを有する。それは、ガイダンス情報を出力するための手段を有する。ガイダンス情報は、例えば、視覚的な指示手段(例えばモニターおよび/またはランプ)および/または音響指示手段(例えば、スピーカーおよび/またはデジタルスピーチ出力デバイス)および/または触覚指示手段(例えば、振動エレメント)によって、ユーザに対して出力される。
ステップ109のSVBRDFフィッティング処理は、大きく、2つのフェーズに分割できる。第1のフェーズにおいて、データが準備され、第2のフェーズにおいて、画素毎にBRDFモデルパラメータがフィッティング処理により発見される。BRDFフィッティング処理は、周知のものとは異なる、それは、BRDF 4D“形状”のフィッティングを、粗い色情報と組み合わせるべくモデルの色成分のフィッティングから分離しているからである。
フィッティングが補強される。より多くのデータがフィッティングフェーズで利用可能となるためである。
白黒BRDFモデルのフィッティングは、エネルギー最小化問題として出現する。それは、このBRDFモデルを使って測定したマテリアルのシミュレーションが、所定の距離測定を使って最小エラーで測定値に一致するような方法で、BRDFモデル用のパラメータのセットを探すことである。しかし、この問題を直接的に解こうとすると、困難に直面する。生成エネルギー関数は、多くの極小値を有し、すべての実際に応用可能なアルゴリズムが簡単に行き詰まってしまう。この理由により、最適な結果のできるだけ近くで最適化を開始するために、BRDFモデルパラメータ用の良好な初期化が要求される。また、一度にパラメータ空間内で、所定の整然とした方向へ最適化装置を制限することが必須である。
画素ごとのパラメータの異なるサブセットの最適化に制限したが、鏡面および拡散パラメータの最適化、並びに、法線ベクトルの最適化は、同じ方法で実行可能である。使用される最適化ループの第1ステップは、画素ごとのパラメータの所与のセットから測定値を合成する。これは、本質的に、仮想マテリアル上での測定装置のシミュレーションである。技術的に、これは、問題の各画素および各照射条件に対して、レンダリング方程式を解くことにより実行される。レンダリング方程式は、例えば、Kajiya, James T., The rendering equation, ACM SIGGRAPH Computer Graphics, vol. 20, no. 4. ACM, pp. 143-150, 1986に記載されている。このために、仮想シーンが、キャリブレーションから構築され、センサの方向で、出力放射が以下のように計算される。
開示した方法に従う全体のアルゴリズムの最後の部分は、白黒BRDF用のカラーの決定である。第1ステップは、白黒鏡面部分から鏡面カラーを計算することである。絶縁マテリアルに対して、これは、白黒値を、すべてのカラーチャネルにコピーすることにより実行される。これらのマテリアルは、白色のハイライトを有するからである。金属または他の導体に対して、異なる手法が使用される。例えば、マテリアルクラスに関する従来の知識を組み込むことである。
ステップ114における光線トレースのようなオフラインレンダリング方法において、マテリアルの正しいセルフシャドーインサイドが、再構築された高さフィールドを使ってステップ108で生成される。しかし、ステップ113に含まれるリアルタイムレンダリングにおいて、このアプローチは直接的には適用できない。もちろん、シャドーマッピングのような技術が使用可能であるが、生成されるシャドーはかなり困難でかつ不自然である。
Claims (15)
- 構造体の反射面から受信した光学信号を表すデータを取得するためのシステムであって、
a)前記反射面の方向へ向けられた広帯域点光源を有する少なくともひとつの第1光源と、
b)前記反射面の方向へ向けられたスペクトル可変点光源を有する少なくともひとつの第2光源と、
c)前記反射面の方向へ向けられ、かつ、可動アーム上に載置された線形広帯域光源を有する少なくともひとつの第3光源と、
d)前記可動アームおよび前記少なくともひとつの第3光源を包囲するドームと、
e)前記ドーム内に包囲される前記構造体を支持するための支持部と、
f)検出システムであって
前記反射面からの前記第1光源の第1反射信号を検出し、前記第1反射信号を前記構造体の前記反射面の画像を記述する第1画像データに変換し、
前記反射面からの前記第2光源の少なくともひとつの第2反射信号を検出し、前記第2反射信号を前記構造体の前記反射面の画像を記述する第2画像データに変換し、
前記反射面からの前記第3光源の少なくともひとつの第3反射信号を検出し、前記第3反射信号を前記構造体の前記反射面の画像を記述する第3画像データに変換する
ように構成された検出システムと、
g)前記検出システムと動作的に接続されたコンピュータであって、前記コンピュータに読み込まれまたは前記コンピュータ上で実行されると、データ処理工程を前記コンピュータに実行させるコンピュータプログラムを実行するように構成された、コンピュータと
を備え、
前記データ処理工程は、
h)前記第1画像データを取得する工程と、
i)前記第2画像データを取得する工程と、
j)前記第3画像データを取得する工程と、
k)前記反射面の3次元表面ジオメトリを記述する表面ジオメトリデータを取得する工程と、
l)前記第1画像データ、前記第2画像データ、前記第3画像データ、および前記表面ジオメトリデータに基づいて、前記第1画像データ、前記第2画像データ、および前記第3画像データによって記述される反射率と、前記反射面の前記3次元表面ジオメトリとの間のマッピングを記述する反射面マッピングデータを決定する工程と、
を有することを特徴とするシステム。 - 前記反射面の方向に向けられた構造化光を有する少なくともひとつの第4光源をさらに備え、
前記検出システムは、前記構造体からの前記第4光源の第4反射信号を検出し、かつ、前記第4反射信号を前記構造体の高さフィールドを記述する表面ジオメトリデータに変換するように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記検出システム、前記第1光源、前記第2光源、および、前記第3光源は、前記支持部の上方の前記ドーム内に配置され、
少なくともひとつのさらなる光源が前記支持部の下方の半球内に配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記検出システム、前記第1光源、前記第2光源、前記第3光源、および、前記第4光源は、前記支持部の上方の前記ドーム内に配置され、
少なくともひとつのさらなる光源が前記支持部の下方の半球内に配置されている、ことを特徴とする請求項2に記載のシステム。 - 構造体の反射面の画像データにより記述された光学信号の、前記反射面の3次元表面ジオメトリへのマッピングを表すデータを決定する、コンピュータにより実行されるデジタルデータの処理方法であって、当該方法は、
a)前記反射面からの広帯域光の点光源の反射の画像を記述する第1画像データを取得する段階と、
b)前記反射面からのスペクトル可変光の点光源の反射の画像を記述する第2画像データを取得する段階と、
c)アームを動かし、かつ、前記反射面からの前記アームに載置された線形光源の光の反射の画像を記述する第3画像データを取得する段階と、
d)前記反射面の3次元表面ジオメトリを記述する表面ジオメトリデータを取得する段階と、
e)前記第1画像データ、前記第2画像データ、前記第3画像データおよび前記表面ジオメトリデータに基づいて、前記第1画像データ、前記第2画像データ、および前記第3画像データによって記述される反射率と、前記反射面の前記3次元表面ジオメトリとの間のマッピングを記述する反射面マッピングデータを決定する段階と
を備える方法。 - 前記表面ジオメトリデータは、前記反射面の高さフィールドを記述する、ことを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 構造化光の反射の画像を記述する第4画像データを取得する段階をさらに備え、
前記表面ジオメトリデータは前記第4画像データに基づいて取得される、
ことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 前記表面ジオメトリデータは、前記反射面の法線フィールドおよび高さフィールドの少なくともひとつを記述する、ことを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記表面ジオメトリデータは、前記反射面の法線フィールドを記述し、かつ、前記第1画像データ、前記第2画像データおよび前記第3画像データの少なくともひとつに基づいて取得される、ことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 構造体の反射面の空間的に変化する双方向反射率分布を記述するデータを決定するコンピュータにより実行される方法であって、当該方法は、
請求項5に記載の方法を実行する段階と、
双方向反射率分布関数モデルを記述する反射率関数データを取得する段階と、
前記反射面マッピングデータおよび前記反射率関数データに基づいて、前記反射面の前記空間的に変化する双方向反射率分布を記述する反射率分布データを決定する段階と
を備える方法。 - 構造体の反射面のデジタル画像表現をオフラインレンダリングするコンピュータによって実行される方法であって、当該方法は、
請求項10に記載の方法を実行する段階と、
前記第1画像データ、前記第2画像データおよび前記第3画像データの少なくともひとつ、および、前記反射率分布データに基づいて、前記反射面の画像を記述する表面表現データを決定する段階と、
ディスプレイ装置上で、前記表面表現データの情報コンテンツのオフラインレンダリングを実行する段階と
を備える方法。 - 構造体の反射面のシャドー外観を記述するデータを決定するコンピュータによって実行される方法であって、当該方法は、
請求項10に記載の方法を実行する段階と、
前記第1画像データ、前記第2画像データ、および前記第3画像データの少なくともひとつ、および、前記反射面マッピングデータに基づいて、モデルを記述するシャドー外観データおよび前記反射面のシャドー外観を定義するパラメータを決定する段階と
を備える方法。 - 構造体の反射面のデジタル画像表現をリアルタイムレンダリングするコンピュータによって実行される方法であって、当該方法は、
請求項10に記載の方法を実行する段階と、
前記反射率分布データに基づいて、前記反射面の画像を記述する表面表現データを決定する段階と、
ディスプレイ装置上で、前記表面表現データの情報コンテンツのリアルタイムレンダリングを実行する段階と
を備える方法。 - コンピュータに読み込まれるか、コンピュータによって実行されると、データ処理工程を前記コンピュータに実行させるコンピュータプログラムを含む非一過性コンピュータ読み取り可能媒体であって、前記データ処理工程は、
a)前記反射面からの広帯域光の点光源の反射の画像を記述する第1画像データを取得する段階と、
b)前記反射面からのスペクトル可変光の点光源の反射の画像を記述する第2画像データを取得する段階と、
c)アームを動かし、かつ、前記反射面からの前記アームに載置された線形光源の光の反射の画像を記述する第3画像データを取得する段階と、
d)前記反射面の3次元表面ジオメトリを記述する表面ジオメトリデータを取得する段階と、
e)前記第1画像データ、前記第2画像データ、前記第3画像データおよび前記表面ジオメトリデータに基づいて、前記第1画像データ、前記第2画像データ、および前記第3画像データによって記述される反射率と、前記反射面の前記3次元表面ジオメトリとの間のマッピングを記述する反射面マッピングデータを決定する段階と
を有する、ことを特徴とする方法。 - 前記検出システムは、前記構造体を通じて伝達される光を前記構造体の透光画像データに変換するようさらに構成されている、ことを特徴とする請求項3または4に記載のシステム。
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