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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

研究課題

研究課題/領域番号 23K21737
補助金の研究課題番号 21H03571 (2021-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2021-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分62040:エンタテインメントおよびゲーム情報学関連
研究機関埼玉大学 (2022-2024)
和歌山大学 (2021)

研究代表者

岩崎 慶  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (90379610)

研究分担者 土橋 宜典  北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (00295841)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
2024年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
キーワードBRDF / スペクトル / レンダリング / 質感 / ノンパラメトリック表現
研究開始時の研究の概要

本研究では,実世界の材質の反射率を195波長成分で計測した,計測スペクトラルBRDFを解析し,実用性を高めるための技術を開発する.具体的には,計測スペクトラルBRDFから,パラメトリックモデルでフィッティングし,パラメータを求める手法の開発を提案する.また,計測スペクトラルBRDFは,性質の異なる反射分布が混合されたものとして計測されている.そこで,計測スペクトラルBRDFから,拡散反射成分や鏡面反射成分といった性質の異なる反射分布に分離する手法を開発する.

研究実績の概要

本研究では,現実世界の材質の反射率を計測した,計測スペクトラルBRDFの表現力を高め,実用性を向上するための解析手法と編集手法を提案する.現実世界の様々な材質の反射率を計測した計測BRDFとして,2000年に公開されたMERL BRDFがコンピュータグラフィックス分野だけでなくコンピュータビジョン分野において広く用いられてきた.MERL BRDFは,様々なパラメトリックモデルのベンチマークとしても用いられてきたが,等方性BRDFに限られている,RGBの3波長しか計測していない,欠損データがある,といった課題もある.これらの問題を解決するために,2018年にDupuyとJakobらによって,波長を考慮して計測された,計測スペクトラルBRDFが公開されている.計測スペクトラルBRDFは,等方性だけでなく異方性材質の反射率も計測しており,また,RGBの3成分だけでなく,358nmから1002nmの広範囲な波長領域において,195成分の反射率を計測しているため,計測した材質の質感を忠実に再現することが期待される.
計測スペクトラルBRDFは,方向成分について3次元(等方性)から4次元(異方性)へと拡張し,また波長についても60倍以上の分解能で計測しているため,データ量が大きいという問題がある.2023年度では,計測スペクトラルBRDFを圧縮し編集できるように,計測スペクトラルBRDFのパラメトリック表現,およびノンパラメトリック表現に関する研究を行なった.計測スペクトラルBRDFのパラメトリック表現としては,等方性BRDFを対象として,two-scale microfacetreflectance modelへのフィッティングを試みた.ノンパラメトリック表現としては,異方性BRDFを対象として,方向成分だけでなく,波長成分のコヒーレンスに着目して,圧縮する手法の開発を行なった.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2023年度は,計測スペクトラルBRDFのパラメトリック表現とノンパラメトリック表現の研究を行なった.
計測スペクトラルBRDFのパラメトリック表現では,等方性BRDFを対象とし,two-scale microfacet reflectance modelへフィッティングする研究を行なった.two-scale microfacet reflectance modelはパラメータ数が多いため,全てのパラメータを同時に求めると,非線形最適化に時間を要し,また安定かつ頑健にパラメータを求めることが難しいことが基礎実験により判明した.そこで,波長に依存するパラメータと,波長非依存のパラメータに分け,別々に求める2段階手法を試みている.異方性計測スペクトラルBRDFのノンパラメトリック表現の研究では,法線分布関数と幾何減衰項について可視化した結果,波長次元に関して非常に類似していることが判明した.そこで,主成分分析により波長に関して圧縮する手法を開発した.2022年度に行なった,計測スペクトラルBRDFの意味的解析による成分分離手法と,等方性計測スペクトラルBRDFのパラメトリック表現手法について実験を行い,研究成果をまとめ,国際会議に論文を投稿した.CGによる質感表現に関して,国際会議で招待講演を行なった.

今後の研究の推進方策

異方性計測スペクトラルBRDFをパラメトリック表現する研究を行う.2023年度まで,等方性計測スペクトラルBRDFについてパラメトリック表現する研究を行なってきたが,パラメータ数が多く,最適化に時間を要することが判明している.そのため,方向に関して3次元関数である等方性BRDFよりもさらに高次元の異方性BRDF(4次元)について,最小二乗法といった最適化手法でパラメータを求めることは,メモリ量および計算量の観点から難しいと考えられる.そこで,2024年度では,確率的最急降下法(Stochastic Gradient Descent)を用いて,実用的な速度かつメモリ量でパラメータを求める手法の研究を行う.

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Efficient Visualization of Light Pollution for the Night Sky2023

    • 著者名/発表者名
      Dobashi Yoshinori, Ishikawa Naoto, Iwasaki Kei
    • 雑誌名

      ACM Transactions on Graphics

      巻: 42 号: 6 ページ: 219-219

    • DOI

      10.1145/3618337

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rendering of Scratched Transparent Materials using Precomputed SV-BSDFs2022

    • 著者名/発表者名
      Fuji Shintaro、Sato Syuhei、Iwasaki Kei、Dobashi Yoshinori、Gao Shangce、Tang Zheng
    • 雑誌名

      ACM SIGGRAPH 2022 Poster

      巻: ~ ページ: 1-2

    • DOI

      10.1145/3532719.3543207

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical Parameter Estimation for Hair and Fur using Differentiable Rendering2022

    • 著者名/発表者名
      Shibaike Yusei、Iwasaki Kei
    • 雑誌名

      ACM SIGGRAPH ASIA Technical Communications

      巻: - ページ: 1-4

    • DOI

      10.1145/3550340.3564221

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adaptive Irradiance Sampling for Many-Light Rendering of Subsurface Scattering2021

    • 著者名/発表者名
      Nabata Kosuke, Iwasaki Kei
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics

      巻: - 号: 10 ページ: 3324-3335

    • DOI

      10.1109/tvcg.2021.3066640

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Binary space partitioning visibility tree for polygonal and environment light rendering2021

    • 著者名/発表者名
      Okuno Hiroki、Iwasaki Kei
    • 雑誌名

      The Visual Computer

      巻: 37 号: 9-11 ページ: 2499-2511

    • DOI

      10.1007/s00371-021-02181-8

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 球面調和関数を用いた環境マップ下における織物の糸レベルレンダリング2024

    • 著者名/発表者名
      奥野 健一郎, 岩崎 慶
    • 学会等名
      情報処理学会第86回全国大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ニューラル基底関数の精度向上に関する検討2024

    • 著者名/発表者名
      中 滉季, 岩崎 慶
    • 学会等名
      情報処理学会第86回全国大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 異方性計測スペクトラルBRDFのノンパラメトリック表現2023

    • 著者名/発表者名
      岩崎 慶
    • 学会等名
      情報処理学会第190回cgvi研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 帯域調和関数分解を用いた球光源の球面調和係数の解析的勾配計算2023

    • 著者名/発表者名
      萬谷 響, 岩崎 慶
    • 学会等名
      情報処理学会第190回cgvi研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 2次元のBRDF分布の補間による金属表面上の傷のデザインシステム2023

    • 著者名/発表者名
      藤 真太郎, 佐藤 周平, 岩崎 慶, 土橋 宜典
    • 学会等名
      情報処理学会第191回cgvi研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] BRDFの補間による金属表面上の傷のインタラクティブなデザイン2023

    • 著者名/発表者名
      藤 真太郎, 佐藤 周平, 岩崎 慶, 土橋 宜典
    • 学会等名
      VC2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 異方性フィルタを用いたテクスチャ光源のシェーディング2023

    • 著者名/発表者名
      高尾 秀太, 岩崎 慶
    • 学会等名
      VC2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Photorealistic Rendering using Real-world Lighting and Materials2023

    • 著者名/発表者名
      Kei Iwasaki
    • 学会等名
      Nicograph International 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 幾何減衰項の異方性を考慮したBRDFの因子分解2023

    • 著者名/発表者名
      明石佳祐, 岩崎慶
    • 学会等名
      情報処理学会第85回全国大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 計測スペクトラルBRDFの解析モデル近似2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤 眞宏, 岩崎 慶
    • 学会等名
      情報処理学会関西支部大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 板状透明物体のための屈折を考慮したモーションベクトルの一検討2022

    • 著者名/発表者名
      山下大智, 岩崎慶
    • 学会等名
      VC+VCC2022 ポスター
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 計測BRDFを考慮した多角形光源のレンダリング2022

    • 著者名/発表者名
      田中 剣樹, 岩崎 慶
    • 学会等名
      情報処理学会第84回全国大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 計測スペクトラルBRDFの成分分離による編集2021

    • 著者名/発表者名
      引地 将大, 岩崎 慶
    • 学会等名
      VC2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] DeepBRDFによる計測スペクトラルBRDFの圧縮の検討2021

    • 著者名/発表者名
      岡田 実生, 岩崎 慶
    • 学会等名
      VC2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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