CGにおける最適光源位置選択のための照明条件の評価法
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[[太田研 公開用Wiki]]
//''&size(24){&color(red,white){現在編集途中です・・・};}...
~
''&size(24){&color(white,white){貴方はこのページの&counte...
このページでは, 私が学部4年で行った卒業研究の概略を紹介し...
*CGにおける最適光源位置選択のための照明条件の評価法 [#b61...
#contents
*1 研究背景と研究目的 [#z13f2c07]
**1.1 研究背景 [#l31e8b02]
コンピュータグラフィックスでは, 画像を生成するにあたり視...
設定する必要がある. これらのパラメータは生成される画像の...
す. しかし, 生成された画像に対する出来栄えの評価は個々人...
ゲーム, 芸術といった目的ではどのような視点, 光源位置が良...
大きく変わるが, 設計や製品デザインなど物体の形状情報を詳...
る分野では, 物体の形状特徴を良く表現できる視点位置, 光源...
一般的に, コンピュータグラフィックスによる三次元の情報は...
二次元の媒体を通して人間に伝達される. その際, 視点や照明...
物体の持つ三次元的情報の量を大きく左右することになる. よ...
情報をより多く詳細に伝達したい場合, 視点位置, 光源位置の...
CENTER:|&ref(image.png,center,nolink,240x180); | &ref(195...
|CENTER:図1.1.1 奥行きの分かる画像|CENTER:図1.1.2 奥行き...
**1.2 研究目的 [#n50ae264]
科学的可視化の分野では, 科学的可視化の基本概念である情報...
物体の形状特徴を良く伝達できる視点の自動計算の研究がされ...
用し, 次のような最適なライティングパラメータを自動計算す...
照明デザイン(Lighting Design) の分野では, シーンに対して...
向, 明るさ) を設定することが求められる, しかし, それらの...
常に難しく, 多大な労力と時間を要する. このことに対する部...
の情報量を最大化するという考えに基づいた最適な光源位置の...
本研究では, 最適な光源位置の選択法について, 既存の方法に,...
の情報が, 画像の輝度の変化として表現されているかという視...
より, 対象物の詳細な形状情報を伝達することが重要であるよ...
の完成図などのへの応用を目指した最適な光源配置を行うため...
法を提案する.
CENTER:|&ref(121.png,center,nolink,240x180); | &ref(42.pn...
|CENTER:図1.2.1 良い光源位置による画像|CENTER:図1.2.2 悪...
*2 既存手法 [#v6d4b9d8]
物体に最適な陰影表現を施すような光源位置を探索するために...
照明条件を評価するために既存の手法では,描画された画像の輝...
既存手法の評価値は,大まかには以下の手順で計算される.~
CENTER:
+''&size(15){背景ピクセルを無視した輝度ヒストグラムを作成...
+''&size(15){ヒストグラムを総和が1となるように正規化を行...
+''&size(15){正規化されたヒストグラムを確率分布とみなし,[...
~
CENTER:&ref(image.png,center,nolink,240x180); &ref(yajiru...
LEFT:
~
既存の方法では,この評価値が最大となるような光源配置が最適...
**2.1 既存手法の問題点 [#r8b707ef]
CENTER:|&ref(bunny13.png,center,nolink,240x180); | &ref(b...
|CENTER: 図2.1.1|CENTER: 図2.1.2|
~
LEFT:上の二つの画像の照明条件を評価すると左の画像の評価値...
しかし,実際には左の画像には物体の表面の凹凸情報の認識を妨...
既存の手法の評価値を用いると,コントラストが高く奥行きが強...
本研究の趣旨は物体の持つ形状特徴((ここでは,形状特徴は主に...
ある程度のコントラストを持つような照明条件を選択すること...
*3 提案手法 [#da55b063]
物体が光に照らされたとき,物体表面のカーブしている部分は明...
CENTER:|&ref(gradation_sample.png,center,nolink,300x100); |
|CENTER:図3.1 色の明るさの変化による奥行きの知覚|
既存手法で問題となったのは,物体表面に真っ黒い影ができてそ...
よって,物体を描画した際に,物体の曲面部分にちゃんと輝度の...
さらに,これに描画された画像のコントラストに対する指標を用...
よって,~
&mimetex(v_1);
を輝度の変化の仕方に対する評価値とし,~
&mimetex(v_2);
を画像のコントラストに対する評価値とし,~
新たな照明条件の評価値&mimetex(V);を以下の式で計算する.
#mimetex(V = \alpha v_1 + \beta v_2)~
この指標は,物体の詳細な部分が輝度の連続的な変化として現れ...
物体に奥行きを与えるようなコントラストが得られるかという...
コントラストに対する指標である&mimetex(v_2);は,既存手法の...
よって,今回は物体の詳細な部分が輝度の連続的な変化として現...
**3.1 提案手法(1) [#b151d8fc]
前述の評価値&mimetex(v_1); を計算するための方法を述べる.~
本手法では, 物体の凹凸情報が画像の輝度値に反映されている...
具体的にはヒストグラムを粗くするとは, ヒストグラムのビン(...
~
~
凹凸情報が輝度値に反映されている画像は, 下記のエントロピ...
一方, 陰によって一部の凹凸情報が失われているような画像は,...
***エントロピーの変化の仕方① [#r1246c14]
|&ref(bunny13.png,center,nolink,320x240);|&ref(13B_graph....
|CENTER:図3.1.1 画像a|CENTER:図3.1.2 エントロピーの変化の...
|&ref(13_h(32).png,center,nolink,320x240);|&ref(13_h(16)....
|CENTER:図3.1.3 ヒストグラム(32階調)|CENTER:図3.1.4 ヒス...
~
~
***エントロピーの変化の仕方② [#db61c941]
|&ref(bunny12.png,center,nolink,320x240);|&ref(12B_graph....
|CENTER:図3.1.6 画像b|CENTER:図3.1.7 エントロピーの変化の...
|&ref(12_h(32).png,center,nolink,320x240);|&ref(12_h(16)....
|CENTER:図3.1.8 ヒストグラム(32階調)|CENTER:図3.1.9 ヒス...
~
***評価値 [#q2d24e2b]
この方法は, 実験結果から帰納的に得られた結果を定式化する...
今回の実験において, 凹凸情報が輝度値に反映されるような画...
このことから, 提案手法(1)では&mimetex(v_1);はビンを統合し...
具体的には, エントロピーの変化量の総和のマイナスを取った...
**3.2 提案手法(2) [#c96c13a8]
提案手法(2)では, 滑らかな曲面で構成された物体にできる陰が...
~
本手法では, 物体が滑らかな曲面で構成されていることを前提...
従って, ヒストグラムを生成した場合, 輝度値の分布はある一...
この考えに基づき, ヒストグラムにガウシアンフィルタによっ...
理想的なヒストグラムの形は輝度値が連続的で滑らかに分布し...
一方, ある輝度値だけが他の輝度値と比べて以上に分布が偏っ...
***エントロピーの変化の仕方① [#se40f1bf]
|&ref(bunny13.png,center,nolink,320x240);|&ref(13G_graph....
|CENTER:図3.2.1 画像a|CENTER:図3.2.2 エントロピーの変化の...
|&ref(13_h(0).png,center,nolink,320x240);|&ref(13_h(1).pn...
|CENTER:図3.2.3 ヒストグラム|CENTER:図3.2.4 ヒストグラム(...
~
~
***エントロピーの変化の仕方② [#d793520b]
|&ref(bunny12.png,center,nolink,320x240);|&ref(12G_graph....
|CENTER:図3.2.6 画像b|CENTER:図3.2.7 エントロピーの変化の...
|&ref(12_h(0).png,center,nolink,320x240);|&ref(12_h(1).pn...
|CENTER:図3.2.8 ヒストグラム|CENTER:図3.2.9 ヒストグラム(...
~
***評価値 [#c85d40e7]
上記のことから, 物体の持つ凹凸情報が画像の輝度値の変化と...
~
~
ここで, 提案手法(2)は提案手法(1)と異なり, ヒストグラムが...
&mimetex(v_2);はエントロピーで計算されるため, &mimetex(v_...
実際の画像の照明条件の評価は&mimetex(V=\alpha v_1 + \beta...
*4 実験 [#x94af94e]
本実験では, 提案した手法の有効性を示すため, 既存手法と提...
今回使用した光源は, 平行光源で光源方向成分のみを持つ(物体...
さらに, シェーディング(陰影表現)においては物体同士の相互...
**4.1 実験結果 [#hb33a577]
それぞれの評価値を用いて実験を行なった結果を以下に示す.
|CENTER:モデルネーム|CENTER:既存手法|CENTER:提案手法(1)|C...
|CENTER:stanford bunny|&ref(bunny(0).png,center,nolink,24...
|CENTER:stanford dragon|&ref(dragon(0).png,center,nolink,...
|CENTER:happy buddha|&ref(buddha(0).png,center,nolink,240...
~
*5 まとめと今後の課題 [#u0002637]
**まとめ [#s8d49bdb]
今回,物体の形状特徴を良く表すような陰影表現がされる光源配...
既存手法の評価値によって選ばれる画像は, 物体の全体的な奥...
このような, 点を改善するため物体の勾配情報が画像の色の濃...
提案手法(1)は, 上記の実験結果では, 物体表面の凹凸情報は陰...
提案手法(2)は, 上記の実験結果では, 物体表面の凹凸情報が陰...
上記の実験結果以外にも幾つかのモデルを用いて実験を行った...
これまでの, 結果を表にして示すと以下のようになる.~
||CENTER:全体的な奥行き|CENTER:表面の凹凸|
|CENTER:既存手法|CENTER:◎|CENTER:△|
|CENTER:提案手法(1)|CENTER:△|CENTER:〇|
|CENTER:提案手法(2)|CENTER:〇|CENTER:〇|
~
しかし, この結論は時間の都合上全てのモデルに対してアンケ...
**今後の課題 [#ybdbc8cd]
今回の研究で考慮できなかった点に関しては大きく以下のよう...
+平面を含むモデルへの対応
+画像の空間情報の考慮
+色相, 模様等の考慮
~
今回は既存手法がヒストグラムを用いた指標であるのと, ヒス...
また, ヒストグラムは画像のピクセルの出現頻度のみの指標で,...
さらに, 今回の研究は, 色相に関しては考慮せず, グレースケ...
~
現在上記のような点に対する改善策として, 平面を含むモデル...
終了行:
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''&size(24){&color(white,white){貴方はこのページの&counte...
このページでは, 私が学部4年で行った卒業研究の概略を紹介し...
*CGにおける最適光源位置選択のための照明条件の評価法 [#b61...
#contents
*1 研究背景と研究目的 [#z13f2c07]
**1.1 研究背景 [#l31e8b02]
コンピュータグラフィックスでは, 画像を生成するにあたり視...
設定する必要がある. これらのパラメータは生成される画像の...
す. しかし, 生成された画像に対する出来栄えの評価は個々人...
ゲーム, 芸術といった目的ではどのような視点, 光源位置が良...
大きく変わるが, 設計や製品デザインなど物体の形状情報を詳...
る分野では, 物体の形状特徴を良く表現できる視点位置, 光源...
一般的に, コンピュータグラフィックスによる三次元の情報は...
二次元の媒体を通して人間に伝達される. その際, 視点や照明...
物体の持つ三次元的情報の量を大きく左右することになる. よ...
情報をより多く詳細に伝達したい場合, 視点位置, 光源位置の...
CENTER:|&ref(image.png,center,nolink,240x180); | &ref(195...
|CENTER:図1.1.1 奥行きの分かる画像|CENTER:図1.1.2 奥行き...
**1.2 研究目的 [#n50ae264]
科学的可視化の分野では, 科学的可視化の基本概念である情報...
物体の形状特徴を良く伝達できる視点の自動計算の研究がされ...
用し, 次のような最適なライティングパラメータを自動計算す...
照明デザイン(Lighting Design) の分野では, シーンに対して...
向, 明るさ) を設定することが求められる, しかし, それらの...
常に難しく, 多大な労力と時間を要する. このことに対する部...
の情報量を最大化するという考えに基づいた最適な光源位置の...
本研究では, 最適な光源位置の選択法について, 既存の方法に,...
の情報が, 画像の輝度の変化として表現されているかという視...
より, 対象物の詳細な形状情報を伝達することが重要であるよ...
の完成図などのへの応用を目指した最適な光源配置を行うため...
法を提案する.
CENTER:|&ref(121.png,center,nolink,240x180); | &ref(42.pn...
|CENTER:図1.2.1 良い光源位置による画像|CENTER:図1.2.2 悪...
*2 既存手法 [#v6d4b9d8]
物体に最適な陰影表現を施すような光源位置を探索するために...
照明条件を評価するために既存の手法では,描画された画像の輝...
既存手法の評価値は,大まかには以下の手順で計算される.~
CENTER:
+''&size(15){背景ピクセルを無視した輝度ヒストグラムを作成...
+''&size(15){ヒストグラムを総和が1となるように正規化を行...
+''&size(15){正規化されたヒストグラムを確率分布とみなし,[...
~
CENTER:&ref(image.png,center,nolink,240x180); &ref(yajiru...
LEFT:
~
既存の方法では,この評価値が最大となるような光源配置が最適...
**2.1 既存手法の問題点 [#r8b707ef]
CENTER:|&ref(bunny13.png,center,nolink,240x180); | &ref(b...
|CENTER: 図2.1.1|CENTER: 図2.1.2|
~
LEFT:上の二つの画像の照明条件を評価すると左の画像の評価値...
しかし,実際には左の画像には物体の表面の凹凸情報の認識を妨...
既存の手法の評価値を用いると,コントラストが高く奥行きが強...
本研究の趣旨は物体の持つ形状特徴((ここでは,形状特徴は主に...
ある程度のコントラストを持つような照明条件を選択すること...
*3 提案手法 [#da55b063]
物体が光に照らされたとき,物体表面のカーブしている部分は明...
CENTER:|&ref(gradation_sample.png,center,nolink,300x100); |
|CENTER:図3.1 色の明るさの変化による奥行きの知覚|
既存手法で問題となったのは,物体表面に真っ黒い影ができてそ...
よって,物体を描画した際に,物体の曲面部分にちゃんと輝度の...
さらに,これに描画された画像のコントラストに対する指標を用...
よって,~
&mimetex(v_1);
を輝度の変化の仕方に対する評価値とし,~
&mimetex(v_2);
を画像のコントラストに対する評価値とし,~
新たな照明条件の評価値&mimetex(V);を以下の式で計算する.
#mimetex(V = \alpha v_1 + \beta v_2)~
この指標は,物体の詳細な部分が輝度の連続的な変化として現れ...
物体に奥行きを与えるようなコントラストが得られるかという...
コントラストに対する指標である&mimetex(v_2);は,既存手法の...
よって,今回は物体の詳細な部分が輝度の連続的な変化として現...
**3.1 提案手法(1) [#b151d8fc]
前述の評価値&mimetex(v_1); を計算するための方法を述べる.~
本手法では, 物体の凹凸情報が画像の輝度値に反映されている...
具体的にはヒストグラムを粗くするとは, ヒストグラムのビン(...
~
~
凹凸情報が輝度値に反映されている画像は, 下記のエントロピ...
一方, 陰によって一部の凹凸情報が失われているような画像は,...
***エントロピーの変化の仕方① [#r1246c14]
|&ref(bunny13.png,center,nolink,320x240);|&ref(13B_graph....
|CENTER:図3.1.1 画像a|CENTER:図3.1.2 エントロピーの変化の...
|&ref(13_h(32).png,center,nolink,320x240);|&ref(13_h(16)....
|CENTER:図3.1.3 ヒストグラム(32階調)|CENTER:図3.1.4 ヒス...
~
~
***エントロピーの変化の仕方② [#db61c941]
|&ref(bunny12.png,center,nolink,320x240);|&ref(12B_graph....
|CENTER:図3.1.6 画像b|CENTER:図3.1.7 エントロピーの変化の...
|&ref(12_h(32).png,center,nolink,320x240);|&ref(12_h(16)....
|CENTER:図3.1.8 ヒストグラム(32階調)|CENTER:図3.1.9 ヒス...
~
***評価値 [#q2d24e2b]
この方法は, 実験結果から帰納的に得られた結果を定式化する...
今回の実験において, 凹凸情報が輝度値に反映されるような画...
このことから, 提案手法(1)では&mimetex(v_1);はビンを統合し...
具体的には, エントロピーの変化量の総和のマイナスを取った...
**3.2 提案手法(2) [#c96c13a8]
提案手法(2)では, 滑らかな曲面で構成された物体にできる陰が...
~
本手法では, 物体が滑らかな曲面で構成されていることを前提...
従って, ヒストグラムを生成した場合, 輝度値の分布はある一...
この考えに基づき, ヒストグラムにガウシアンフィルタによっ...
理想的なヒストグラムの形は輝度値が連続的で滑らかに分布し...
一方, ある輝度値だけが他の輝度値と比べて以上に分布が偏っ...
***エントロピーの変化の仕方① [#se40f1bf]
|&ref(bunny13.png,center,nolink,320x240);|&ref(13G_graph....
|CENTER:図3.2.1 画像a|CENTER:図3.2.2 エントロピーの変化の...
|&ref(13_h(0).png,center,nolink,320x240);|&ref(13_h(1).pn...
|CENTER:図3.2.3 ヒストグラム|CENTER:図3.2.4 ヒストグラム(...
~
~
***エントロピーの変化の仕方② [#d793520b]
|&ref(bunny12.png,center,nolink,320x240);|&ref(12G_graph....
|CENTER:図3.2.6 画像b|CENTER:図3.2.7 エントロピーの変化の...
|&ref(12_h(0).png,center,nolink,320x240);|&ref(12_h(1).pn...
|CENTER:図3.2.8 ヒストグラム|CENTER:図3.2.9 ヒストグラム(...
~
***評価値 [#c85d40e7]
上記のことから, 物体の持つ凹凸情報が画像の輝度値の変化と...
~
~
ここで, 提案手法(2)は提案手法(1)と異なり, ヒストグラムが...
&mimetex(v_2);はエントロピーで計算されるため, &mimetex(v_...
実際の画像の照明条件の評価は&mimetex(V=\alpha v_1 + \beta...
*4 実験 [#x94af94e]
本実験では, 提案した手法の有効性を示すため, 既存手法と提...
今回使用した光源は, 平行光源で光源方向成分のみを持つ(物体...
さらに, シェーディング(陰影表現)においては物体同士の相互...
**4.1 実験結果 [#hb33a577]
それぞれの評価値を用いて実験を行なった結果を以下に示す.
|CENTER:モデルネーム|CENTER:既存手法|CENTER:提案手法(1)|C...
|CENTER:stanford bunny|&ref(bunny(0).png,center,nolink,24...
|CENTER:stanford dragon|&ref(dragon(0).png,center,nolink,...
|CENTER:happy buddha|&ref(buddha(0).png,center,nolink,240...
~
*5 まとめと今後の課題 [#u0002637]
**まとめ [#s8d49bdb]
今回,物体の形状特徴を良く表すような陰影表現がされる光源配...
既存手法の評価値によって選ばれる画像は, 物体の全体的な奥...
このような, 点を改善するため物体の勾配情報が画像の色の濃...
提案手法(1)は, 上記の実験結果では, 物体表面の凹凸情報は陰...
提案手法(2)は, 上記の実験結果では, 物体表面の凹凸情報が陰...
上記の実験結果以外にも幾つかのモデルを用いて実験を行った...
これまでの, 結果を表にして示すと以下のようになる.~
||CENTER:全体的な奥行き|CENTER:表面の凹凸|
|CENTER:既存手法|CENTER:◎|CENTER:△|
|CENTER:提案手法(1)|CENTER:△|CENTER:〇|
|CENTER:提案手法(2)|CENTER:〇|CENTER:〇|
~
しかし, この結論は時間の都合上全てのモデルに対してアンケ...
**今後の課題 [#ybdbc8cd]
今回の研究で考慮できなかった点に関しては大きく以下のよう...
+平面を含むモデルへの対応
+画像の空間情報の考慮
+色相, 模様等の考慮
~
今回は既存手法がヒストグラムを用いた指標であるのと, ヒス...
また, ヒストグラムは画像のピクセルの出現頻度のみの指標で,...
さらに, 今回の研究は, 色相に関しては考慮せず, グレースケ...
~
現在上記のような点に対する改善策として, 平面を含むモデル...
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