2021 Fiscal Year Annual Research Report

計測スペクトラルBRDFの解析・編集・推定による高精細な質感表現

Research Project

Project/Area Number	21H03571
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Wakayama University
Principal Investigator	岩崎慶和歌山大学, システム工学部, 准教授 (90379610)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	土橋宜典北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (00295841)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords	BRDF / スペクトル
Outline of Annual Research Achievements	実世界の材質の反射率(BRDF)を，波長を考慮して計測した計測スペクトラルBRDFの表現力を高めるために，計測スペクトラルBRDFを解析し編集する手法の研究開発を行なっている．2021年度は，反射率の5次元テーブル(入射方向2次元・反射方向2次元・波長1次元)である計測スペクトラルBRDFを，解析モデルによるパラメトリック表現する手法の研究開発を行なった．具体的には，広く用いられているCook-Torrance BRDFモデルへのフィッティングを行なっている．フィッティング精度を定量的に評価するために，スペクトラルレンダラの実装も行った．また，本来2023年度に実施予定であった，計測スペクトラルBRDFの意味的解析も同時に行なった．具体的には，計測スペクトラルBRDFを拡散反射成分と鏡面反射成分に分離する手法を開発した．拡散反射成分を方向成分と波長成分に分離し，鏡面反射成分を方向成分と方向によって色が変化する波長成分に分離するモデルを開発した．これにより，従来手法よりも精度良く元の計測スペクトラルBRDFを再現することが可能となった．また，拡散・鏡面反射成分の方向成分を主成分分析することでハイライトの鋭さや大きさを編集することを可能とした．さらに，Belcourらが提案した，構造色を考慮したフレネル反射モデルを用いて，鏡面反射成分の色成分をフィッティングすることで，鏡面反射成分の色を編集する手法も実装した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 2021年度に実施する予定であった，計測スペクトラルBRDFのパラメトリック表現の研究を行なってきたが，近似精度が当初想定したほどよくないことが判明した．基礎実験として，比較的簡易なCook-Torrance BRDFを用いてパラメトリック近似をしていることが原因と考えている．そのため，より複雑なパラメトリックモデルでの近似表現を試みる．具体的には，HolzschuchとPacanowskiが提案した，回折を考慮した2レベルマイクロファセットパラメトリックモデルでフィッティングすることを予定している．
Strategy for Future Research Activity	提案したモデルにより，計測スペクトラルBRDFを編集することが可能となったが，編集したBRDFを詳細にサンプリングしているため，1つの計測データ量が大きく，そのままでは実用性が高くない．そのため，編集したスペクトラルBRDFを圧縮する手法を開発し，計測スペクトラルBRDFの実用性を高める．具体的には，計測スペクトラルBRDFを幾何減衰項や法線分布関数，フレネル項の積として分解する．その際，波長に依存するフレネル項と，波長に依存しない，マイクロファセットにのみ依存する幾何減衰項と法線分布関数を分けて分解する．計測スペクトラルBRDFを無彩色化し，幾何減衰項と法線分布関数を求めた後，波長を考慮してフレネル項のフィッティングを行う．先行研究では等間隔に各関数・各項をサンプリングしていたが，大きく変化する領域を適応的にサンプリングする手法の開発を試みる．