2008年6月21日倉地紀子講演「SIG-GT11 『CG Magic:レンダリング』に見るレンダリングの最新事情」資料

「「 CG Magic: CG Magic: レンダリング」レンダリング」のコンセプトのコンセプト

イミテーションに終わらないイミテーションに終わらない創造性のある技術開発創造性のある技術開発

技法の裏側にある本質技法の裏側にある本質をさぐるをさぐる

レンダリング技術最前線レンダリング技術最前線

Physically-based VS. Image-basedPhysically-based VS. Image-based

Physically-basedPhysically-based ( Subsurface ( Subsurface Scattering )Scattering )

Image-basedImage-based （（ Recovering Recovering Reflectance, etcReflectance, etc ））

Subsurface ScatteringSubsurface Scattering


Subsurface ScatteringSubsurface Scattering(multi-scattering)(multi-scattering)

DiffusionDiffusion


Light Transport EquationLight Transport Equation

Diffusion EquationDiffusion Equation


Diffusion equationDiffusion equation の解法の解法

19951995 　　 Jos StamJos Stam 　　 multi-grid method

方程式を解かずに解を得る方法はないか？


Diffusion equation の解法　 2001 Henrik Wann Jensen Medical Physics 　 (Transport Theory)

領域が無限であれば、一つの点光源を解としてもつ


Diffusion equation の解法

　　実際には領域は無限ではない実際には領域は無限ではない　　（片側が閉じている）　　（片側が閉じている）

↓↓

　境界部分でプラスマイナスの収支が合うように　境界部分でプラスマイナスの収支が合うように　仮想的な「負」の点光源を領域の上側に置く　仮想的な「負」の点光源を領域の上側に置く


Dipole modelDipole model 　　 http://http://graphics.ucsd.edu/~henrikgraphics.ucsd.edu/~henrik//


Multi-scattering 　の　 Reflectance


パラメーターの置き換えパラメーターの置き換え (mean free path, albedo)(mean free path, albedo)

Subsurface ScatteringSubsurface Scattering Dipole ModelDipole Model のの実用化実用化 (( 映画での実装）映画での実装）

ILM (Christophe Hery)ILM (Christophe Hery)　　　　 Dipole Model Dipole Model

+ + テクスチャを用いたコントロールテクスチャを用いたコントロール vv

「「 Harry Potter2(2002)Harry Potter2(2002) 」」「「 Lemony Snicket(2004)Lemony Snicket(2004) 」」「「 Star Wars3(2005)Star Wars3(2005) 」」「「 Pirates of Caribbean2,3(2006,2007)Pirates of Caribbean2,3(2006,2007) 」」


Multi-scattering 　の　 Transmittance


Multi-scattering 　の　 TransmittanceBlue Sky Studio 「ホートンふしぎな世界のダレダーレ（ 2008) 」


Multi-scattering 　の　 Transmittance

TransmittanceTransmittance の場合には、上下の両方がの場合には、上下の両方が閉じている。閉じている。

　↓　↓上下両方の境界部分で、上下両方の境界部分で、プラスマイナスの収支が合うように、プラスマイナスの収支が合うように、仮想光源の配置を繰り返す。仮想光源の配置を繰り返す。


仮想光源の配置仮想光源の配置上境界上境界

下境界下境界

Multipole ModelMultipole ModelCraig Donner(2005)Craig Donner(2005)http://http://www.cs.columbia.edu/~cdonner/pubs.shtmlwww.cs.columbia.edu/~cdonner/pubs.shtml


Multi-Layer modelMulti-Layer model


Multi-Layer modelMulti-Layer model

↓↓ 　　フーリエ変換フーリエ変換

ReflectanceReflectance

TTrraannssmmiittttaannccee

TransmittanceTransmittance

Subsurface ScatteringSubsurface Scattering 物体表面上の位置の変化による物体表面上の位置の変化によるsubsurface scatteringsubsurface scattering の効果の変化の効果の変化

　　物理パラメーターは同一に設定して計算物理パラメーターは同一に設定して計算↓↓

Albedo MapAlbedo Map のピクセル値を用いてスケールを掛けるのピクセル値を用いてスケールを掛ける（（ multi-scatteringmulti-scattering 　　 = diffusion == diffusion = 混ぜ合わせの計算混ぜ合わせの計算

↓↓

Albedo MapAlbedo Map もフィルタリングもフィルタリング））

　　


Multi-Layer modelMulti-Layer modelAlbedo MapAlbedo Map を用いたコントロールを用いたコントロール


Human Skin ModelHuman Skin Model

＋＝

↓


Human skin (Human skin ( メラニン、ヘモグロビンの影響を正確にシメラニン、ヘモグロビンの影響を正確にシミュレート）ミュレート）

　　 Craig Donner(2006)Craig Donner(2006)


GPUGPU 　　 Human SkinHuman SkinNVIDIA(2007) NVIDIA(2007) ““A System for Efficient Rendering of　

Human Skin”

　　＊ Multi-layer Model をガウス基底の線形結合に分解＊ Diffusion の計算は２ D でおこない３ D モデルにマッピング

↓

前計算を必要としないリアルタイム処理へ


GPUGPU 　　 Human SkinHuman Skin


Multi-Scattering in HairMulti-Scattering in Hair“Dual Scattering Approximation for Fast

Multiple Scattering in Hair”(2008)http://cg.cs.uni-bonn.de/project-pages/hairmodeling/

Multi-Scattering in Hair↓

global multi-scattering ＋　 local multi-scattering.


Human Hair ModelHuman Hair ModelStephen Marshner(2003)Stephen Marshner(2003)“Light Scattering from Human Hair Fibers”


Multi-Scattering in HairMulti-Scattering in Hair


Multi-Scattering in HairMulti-Scattering in Hair

Recovering ReflectanceRecovering Reflectance

Light Field(4D)Light Field(4D)

Reflectance Field(6D)Reflectance Field(6D)


LightstageLightstage (Paul Debevec 2000) (Paul Debevec 2000) www.www.debevecdebevec.org.org


Lightstage(Lightstage( 視点の変化への対応）視点の変化への対応）ディフューズ成分とスペキュラー成分の分離（視点に変化に対して別々に変換）


Lightstage(Lightstage( 変形への対応）変形への対応）Tim Hawkins(2004)Tim Hawkins(2004)


LightstageLightstage(( 映画での実装）映画での実装） Mark SagerMark Sager「「 Spider-Man2Spider-Man2 」（」（ 2004)2004)


Reflectance の検証　　 Shree NayarShree Nayar （（ 20062006 ）） “Fast Separation of Direct and Global Components of a Scene using Hig

h Frequency Illumination”http://www1.cs.columbia.edu/CAVE/projects/http://www1.cs.columbia.edu/CAVE/projects/separationseparation//


Reflectance の検証


Hair PhotoboothHair Photobooth （（ 20082008 ））http://people.csail.mit.edu/sparis/publi/2008/siggraphHair/http://people.csail.mit.edu/sparis/publi/2008/siggraphHair/

撮影画像を用いて髪の毛のジオメトリと質感を復元する。撮影画像を用いて髪の毛のジオメトリと質感を復元する。


Hair PhotoboothHair Photobooth

RecoveringRecovering 　　 AppearanceAppearance

Light Field DisplayLight Field Display （（ Depth IllusionDepth Illusion の効果）の効果）

Micro-lens CameraMicro-lens CameraRen Ng(2005)Ren Ng(2005) 　　


Light Field DisplayLight Field DisplayLiquid Lens ArrayLiquid Lens Array （（ 20082008 東大苗村研）東大苗村研） http://www.varioptic.com/enhttp://www.varioptic.com/en

/index.php/index.php


Depth IllusionDepth Illusion

HDR Photo bubbles(HDR Photo bubbles( 「「 Speed Speed RacerRacer 」（」（ 20082008 ））））


Depth IllusionDepth Illusion


Reflectance Field DisplayReflectance Field Display


Reflectance Field DisplayReflectance Field DisplayRamesh Raskar(2008)Ramesh Raskar(2008)“Towards Passive 6D Reflectance Field Displays”

Image-based LightingImage-based Lighting

Image-Based LightingImage-Based Lighting↓↓

HDRHDR 環境マップを用いた環境マップを用いた Global IlluminationGlobal Illumination↓↓

Precomputed Radiance TransferPrecomputed Radiance Transfer （（ Spherical HarmonicsSpherical Harmonics を用いたを用いた Lighting /RLighting /R

enderingendering))


Multi-Scattering in HairMulti-Scattering in Hair“Efficient Multiple Scattering in Hair Using Spherical

Harmonics”(2008)

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2008年6月21日倉地紀子講演「SIG-GT11 『CG Magic:レンダリング』に見るレンダリングの最新事情」資料