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i3D 2012
Morgan McGuire          NVIDIA and Williams College
Padraic Hennessy                   Vicarious Visions
Michael Bukowski                   Vicarious Visions
Brian Osman                        Vicarious Visions




                   CG 論文講読会 2013 / 2 / 12

                                 Ryo Suzuki
                                                       1
   高品質なリアルタイム motion bluer filter

   Color, depth, screen-space velocity buffer を

    使う2D ポストプロセス

   オフラインでの 2D 画像の確率論的再構築

    (stochastic reconstruction) を応用

                                                   2
   本物のカメラは露光時間に入った光をすべて合成


   動く物体は screen-space の速度ベクトルに沿って

    にじむ




                                     3
   カメラが高速に移動する物体を追跡するとき、そ

    のオブジェクトは鮮明なままで、それ以外のシー

    ンにブラーがかかる

   動きは画像平面上で計測され、観測者自身の動き

    や方向と相関的


                             4
(余談)ブラーの目安         [Vlachos 2008]


   フルフレームシャッターの 15% の露光時間

     ― 60fps なら 1/60*0.15 sec

   最大の速度をスクリーン幅の 4 % に抑える


今回の論文では結果を強調するために50%の露光時間


                                    5
妥当性のあるポストプロセス (real-time)



スマートな再構築 (offline)



                            6
   モーションブラーのような現象を再現する

   露光部分を補う情報が欠如しているため理想

    的な品質ではないがリアルタイムで実行可能




                           7
   露光中のシーンを再現する複数のフレームをレンダリン

    グし平均をとる

   理想的な結果を生成するが、フレームを何度もレンダリ

    ングするためコストが大きい




                                8
   動く物体にブラーのかかったテクスチャをマップする

   シルエットが鮮明で、テクスチャのつなぎ目が目立つ




「MotoGP 2」や「Split Second」など


                               9
   動く物体を大きく描画し、その中でシェーディングやテ

    クスチャをぼかす

   深度ソートが必要で、凸状のジオメトリにしか適用でき

    ない




                                10
   オブジェクトを異なるバッファに描画し、速度ごとにブ

    ラーをかけ、深度に応じて合成

   自己遮蔽が少なく、深度が単純なシーンで有効




「Need for Speed 2」や「MotoGP ’07」など


                                    11
   Velocity buffer に沿って per-pixel blur をかける

   シルエットが鮮明

   オブジェクトの背景がぼやける

   オブジェクトのサイズが縮む

   斜めのサーフェイスに十分ブラーがかけられない


                                               12
   メッシュに縮退ポリゴンを仕込み velocity をレンダリ

    ングする際に物体を大きくする

   境界を柔らかくできるが、背景に過剰な blur がかかる

   パーティクルやアルファで切り抜かれたオブジェクトに

    は適用できない


                                     13
   深度を持つ不透明な線分を低解像度のバッファにレンダ

    リングし、velocity buffer を拡大

   アーティファクトは velocity 膨張と似ている




「ロストプラネット2」
                     http://www.4gamer.net/games/039/G003901/20070809235901/
                                                                               14
   Velocity buffer にガウシアンフィルタをかける

   Velocity 膨張の欠点をある程度回避できる

   モーション中に、オブジェクトの周辺に「見えない」

    バッファが存在するように見える


「Unreal Engine 3」など

                                     15
   物理的に正しいシーンを再構築しようとする

   フィルタ自体は高速だが、入力としてレイト

    レーシングやマイクロポリゴンのような

    高密度かつ確率論的サンプルが必要


                           16
   単純にピクセルのサンプルを平均

   固定された狭いカーネルで畳み込み




                       17
   空間上の画像処理でサンプルの異方性を推定

   古典手法に比べ、低密度のサンプルに対して

    も高品質な画像を生成

   数秒から数分かかる


                           18
   サンプル密度が増えるほど物理的に正しい結果に収束

   ピクセルから十分離れたサンプルを考慮する

   Static / motion , foreground / background という軸に従ってサン

    プルを分類




                                                           19
   Shirly’s reconstruction からアイデアをもらう

   ピクセルが十分遠くのサンプルに寄与する

   膨張した velocity をヒューリスティックとして使う

   パラメータ k : モーションブラーの最大半径

   パラメータ S : サンプリング数


                                         20
Input
   V : 各点の移動量を符号化 (GL_RG8)
   C : 瞬間のカラー画像 (GL_RGB16F)
   Z : camera space のリニアな深度 (GL_R16D)

                                         21
Intermediate buffer & Output
   TileMax : 各タイルで支配的な速度ベクトルを保存 (GL_RG8)
   NeighborMax : TileMax の近傍を含めたタイルで支配的な速度ベク
    トルを保存 (GL_RG8)
   Result : 最終画像 (RGB_RGB16F)

                                                22
23
   X’ : 前フレームの screen space position

   X : 現在のフレームの screen space position

   タイル内の最大の V[X] を保存

                                         24
   近接する TileMaxタイルの最大の velocity を保存

   vmax は x, yそれぞれの要素の最大値ではなく、最も大

    きいベクトルを返す


                                       25
   Velocity map が膨張する




                         26
   Reconstruction filter をフル解像度で適用
   実装はこれだけ!


                S




       S




                                      27
28
29
30
31
   全ピクセルに blur @1280x720

     GeForce 480 : 6.2ms (k=31)

     GeForce 480 : 2.7ms (k=5)

     Xbox360 :     1.5ms (k=5)


                                  32
   カラーや深度と関係なく velocity map にレンダリング

   爆発、大声、熱、モザイク等のエフェクトに容易に応用可能

   過剰な blur でスピード感を生み出す
                                       33
   任意の画像のポストプロセスへの応用

   C は写真、アーティストが D と V をペイント

   リアルタイムな motion blur ブラシとして使える
                                    34
   露光時間中のライティングはある瞬間のもの

    に固定(どのモーションブラー手法にも共通

    の欠点)




                           35
   タイル内の
    速度ベクトルの干渉



   ブロックノイズ




                36
   線形の velocity を仮定している

   大きな非線形のモーションを低

    フレームレートでレンダリング

    すると品質低下

                      http://ameblo.jp/4rusmasako/day-20130113.html

                                                              37
   支配的速度ベクトルの侵入を解決
    2番目に支配的な速度ベクトルも保存?


   Defocus との組み合わせ
    Defocus の前? 後? 同時に? 手法は?




                               38
― ご清聴ありがとうございました
                   39

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CG 論文講読会 2013/2/12 "A reconstruction filter for plausible motion blur"

  • 1. i3D 2012 Morgan McGuire NVIDIA and Williams College Padraic Hennessy Vicarious Visions Michael Bukowski Vicarious Visions Brian Osman Vicarious Visions CG 論文講読会 2013 / 2 / 12 Ryo Suzuki 1
  • 2. 高品質なリアルタイム motion bluer filter  Color, depth, screen-space velocity buffer を 使う2D ポストプロセス  オフラインでの 2D 画像の確率論的再構築 (stochastic reconstruction) を応用 2
  • 3. 本物のカメラは露光時間に入った光をすべて合成  動く物体は screen-space の速度ベクトルに沿って にじむ 3
  • 4. カメラが高速に移動する物体を追跡するとき、そ のオブジェクトは鮮明なままで、それ以外のシー ンにブラーがかかる  動きは画像平面上で計測され、観測者自身の動き や方向と相関的 4
  • 5. (余談)ブラーの目安 [Vlachos 2008]  フルフレームシャッターの 15% の露光時間 ― 60fps なら 1/60*0.15 sec  最大の速度をスクリーン幅の 4 % に抑える 今回の論文では結果を強調するために50%の露光時間 5
  • 7. モーションブラーのような現象を再現する  露光部分を補う情報が欠如しているため理想 的な品質ではないがリアルタイムで実行可能 7
  • 8. 露光中のシーンを再現する複数のフレームをレンダリン グし平均をとる  理想的な結果を生成するが、フレームを何度もレンダリ ングするためコストが大きい 8
  • 9. 動く物体にブラーのかかったテクスチャをマップする  シルエットが鮮明で、テクスチャのつなぎ目が目立つ 「MotoGP 2」や「Split Second」など 9
  • 10. 動く物体を大きく描画し、その中でシェーディングやテ クスチャをぼかす  深度ソートが必要で、凸状のジオメトリにしか適用でき ない 10
  • 11. オブジェクトを異なるバッファに描画し、速度ごとにブ ラーをかけ、深度に応じて合成  自己遮蔽が少なく、深度が単純なシーンで有効 「Need for Speed 2」や「MotoGP ’07」など 11
  • 12. Velocity buffer に沿って per-pixel blur をかける  シルエットが鮮明  オブジェクトの背景がぼやける  オブジェクトのサイズが縮む  斜めのサーフェイスに十分ブラーがかけられない 12
  • 13. メッシュに縮退ポリゴンを仕込み velocity をレンダリ ングする際に物体を大きくする  境界を柔らかくできるが、背景に過剰な blur がかかる  パーティクルやアルファで切り抜かれたオブジェクトに は適用できない 13
  • 14. 深度を持つ不透明な線分を低解像度のバッファにレンダ リングし、velocity buffer を拡大  アーティファクトは velocity 膨張と似ている 「ロストプラネット2」 http://www.4gamer.net/games/039/G003901/20070809235901/ 14
  • 15. Velocity buffer にガウシアンフィルタをかける  Velocity 膨張の欠点をある程度回避できる  モーション中に、オブジェクトの周辺に「見えない」 バッファが存在するように見える 「Unreal Engine 3」など 15
  • 16. 物理的に正しいシーンを再構築しようとする  フィルタ自体は高速だが、入力としてレイト レーシングやマイクロポリゴンのような 高密度かつ確率論的サンプルが必要 16
  • 17. 単純にピクセルのサンプルを平均  固定された狭いカーネルで畳み込み 17
  • 18. 空間上の画像処理でサンプルの異方性を推定  古典手法に比べ、低密度のサンプルに対して も高品質な画像を生成  数秒から数分かかる 18
  • 19. サンプル密度が増えるほど物理的に正しい結果に収束  ピクセルから十分離れたサンプルを考慮する  Static / motion , foreground / background という軸に従ってサン プルを分類 19
  • 20. Shirly’s reconstruction からアイデアをもらう  ピクセルが十分遠くのサンプルに寄与する  膨張した velocity をヒューリスティックとして使う  パラメータ k : モーションブラーの最大半径  パラメータ S : サンプリング数 20
  • 21. Input  V : 各点の移動量を符号化 (GL_RG8)  C : 瞬間のカラー画像 (GL_RGB16F)  Z : camera space のリニアな深度 (GL_R16D) 21
  • 22. Intermediate buffer & Output  TileMax : 各タイルで支配的な速度ベクトルを保存 (GL_RG8)  NeighborMax : TileMax の近傍を含めたタイルで支配的な速度ベク トルを保存 (GL_RG8)  Result : 最終画像 (RGB_RGB16F) 22
  • 23. 23
  • 24. X’ : 前フレームの screen space position  X : 現在のフレームの screen space position  タイル内の最大の V[X] を保存 24
  • 25. 近接する TileMaxタイルの最大の velocity を保存  vmax は x, yそれぞれの要素の最大値ではなく、最も大 きいベクトルを返す 25
  • 26. Velocity map が膨張する 26
  • 27. Reconstruction filter をフル解像度で適用  実装はこれだけ! S S 27
  • 28. 28
  • 29. 29
  • 30. 30
  • 31. 31
  • 32. 全ピクセルに blur @1280x720 GeForce 480 : 6.2ms (k=31) GeForce 480 : 2.7ms (k=5) Xbox360 : 1.5ms (k=5) 32
  • 33. カラーや深度と関係なく velocity map にレンダリング  爆発、大声、熱、モザイク等のエフェクトに容易に応用可能  過剰な blur でスピード感を生み出す 33
  • 34. 任意の画像のポストプロセスへの応用  C は写真、アーティストが D と V をペイント  リアルタイムな motion blur ブラシとして使える 34
  • 35. 露光時間中のライティングはある瞬間のもの に固定(どのモーションブラー手法にも共通 の欠点) 35
  • 36. タイル内の 速度ベクトルの干渉  ブロックノイズ 36
  • 37. 線形の velocity を仮定している  大きな非線形のモーションを低 フレームレートでレンダリング すると品質低下 http://ameblo.jp/4rusmasako/day-20130113.html 37
  • 38. 支配的速度ベクトルの侵入を解決 2番目に支配的な速度ベクトルも保存?  Defocus との組み合わせ Defocus の前? 後? 同時に? 手法は? 38