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物理ベースの絵作りのための基礎

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物理ベースの絵作りのための基礎

  1. 1. 物理ベースの絵作りのための 基礎知識 AQインタラクテブ 技術開発部 鈴木雅幸
  2. 2. セッション内容 リニアワークフロー - 計算を正しくするための環境 HDR - 現実のコントラスト比とHDRデータ ライト - 物理的なライトと単位 マテリアル - エネルギー保存と物理パラメータ カメラ - 露出補正やホワイトバランス
  3. 3. リニアワークフロー-計算を正しくするための環境-
  4. 4. リニアワークフローを行っていないと 0.5 + 0.5 = 1.0 という画像の計算は 実は... 0.22 + 0.22 = 1.0 という現象を見ている
  5. 5. カメラとPCの明るさ調整どちらが正しい? カメラで明るさを調節 (正) 1/4の光量で撮影 基準として撮影 4倍の光量で撮影 PCに取り込んで明るさを調節 (誤) 明るさを1/4倍 ベース画像を読み込む 明るさを4倍ディスプレイガンマを考慮していないのが原因!
  6. 6. ディスプレイガンマ ディスプレイの出力は非線形 ガンマ2.2の入出力比 入力% 出力% 入出力比 100 100 1.0 50 22 0.44 20 2.9 0.14 4 0.08 0.02γ1.8 MAC (今は違う?)γ2.2 NTSC ≒ sRGB(Windows)γ2.8 PAL、SECAM
  7. 7. リニアワークフローのフロー今までのフロー リニアワークフロー(LWF) オレンジの処理が追加 データ 正しいデータ 見た目で作ったデータ デガンマ 正しいデータに変換 リニア変換 逆ガンマ補正 等と呼ばれる 計算機 計算機 モニタで見るためのデータに変換 ガンマ補正 画面出力 画面出力明るさに関連する画像を見た目で作ったものはリニアスペースに変換する必要がある。
  8. 8. HDR-現実のコントラスト比とHDRデータ-
  9. 9. コントラスト比 自然界の輝度
  10. 10. コントラスト比 記録媒体
  11. 11. コントラスト比 表示媒体-反射型
  12. 12. コントラスト比 表示媒体-発光型
  13. 13. HDRとは広い輝度比のことマテリアルやカメラにとって相対的な高輝度は無視できない低輝度も露出次第では相対的に明るくなるため重要となるブラー系処理が正しくできる ベース画像 LDRでブラー HDRでブラー 露光間ズームを再現鏡面反射が数パーセントでもハイライトが出るのはHDRで処理しているから
  14. 14. ライト-正しい減衰と物理パラメータ-
  15. 15. 点光源は距離の二乗減衰ほとんど使われていなかった。なぜ?リニアワークフローを知らなかったから LWFを行っていないと LWFを行うとMayaやSoftimage等(メンタルレイ)のライトに注意・0mから2乗減衰させたつもりでもできていないので調べたほうが良い・mia_photometric_light等を使用すれば問題ない
  16. 16. 光の代表的な単位光束 [lm] 光の総量照度 [lx] 面に光束が入射している量輝度 [cd/㎡] 面がどれだけ明るいかの量
  17. 17. 光の単位のサンプル 光源の種類 光束 [lm] 目安 照度 [lx] ロウソク 20 満月の明かり 0.5 LED 3W 200 日没直後 5 ハロゲンランプ 40W 560 リビング(暗め) 70 ハロゲンランプ 100W 1,400 家庭のトイレ 80 蛍光灯 40W 3,000 ホテルのロビー 100 メタルハライド 200W 16,000 リビング(明るめ) 500 オフィス 1,000 発光体の目安 輝度 [cd/㎡] コンビニ 2,000 日中の太陽 1.6*10^9 曇り 3,000 地平線の太陽 600,000 晴天の日陰 10,000 白熱等 500,000 晴天の日向 100,000 明るい空 10,000 蛍光灯 10,000 曇り空 3,000 月 2,500 TVモニタ 200
  18. 18. 現実を参考にすれば直感的にライティングが可能夜の室内 昼の室内・20wの白熱灯 (300 lm) 4灯 ・晴天の青空 (1万 lx)・50型TVモニタ (200 cd/㎡)) ・日中の太陽 (7万 lx)現実の値を参考にできるのでトライ&エラーは少ない
  19. 19. マテリアル-エネルギー保存と物理的なパラメータ-
  20. 20. エネルギー保存 拡散性 指向性 表 面 反 射 内 部 反 射 透 過入射光 >= 拡散反射 + 内部拡散 + ...エネルギー保存が重要!
  21. 21. エネルギー保存の例(映りこみ) 拡散反射 (65%) 鏡面反射 (70%)上の2つの成分を合成する例 単純に加算 割合で加算 フレネル係数で割合 1を超える 1を超えない 1を超えない
  22. 22. エネルギー保存の例(スペキュラ)あるライト強度があったときのスペキュラ調整例エネルギー保存が難しいパラメータ「広がり具合」の指定 次に「強さ」の指定 エネルギー保存 できてるの?エネルギー保存されているパラメータ例「粗さ」の指定 例えば「粗さ」の指定で上の2つのパラメータを決める 実際はマイクロファセットを考慮した物理ベースの スペキュラ処理が行われることが多い
  23. 23. エネルギー保存の例(物理ベースマテリアル)・照明環境が変わっても破綻が起こらない(エネルギー保存)・パラメータが少ない 基本的なパラメータ(メンタルレイのMia_Material )  ・ディフューズ反射率  ・屈折率 (反射や透過度等は屈折率で定義できる)  ・光沢面の粗さや屈折面の粗さ  ・ディフューズ面の粗さ(ランバートモデルでは不必要)
  24. 24. カメラ-露出補正やホワイトバランス-
  25. 25. 露出補正被写体の明るさを撮像素子に シャッター速度と絞りの関係調度良い明るさで記録するために光量を調整 ・[シャッター速度 Tv] ・[絞り Av] ・[感度 Sv] EV = Tv + Av + SvEV値が1違うと光量は2倍違う0EV = 2.5ルクスの照明下で適正露出最初はプリセットを使うと良い
  26. 26. 露出補正を理解していないと ライト正しく設定したのに暗い 「ライトを強くしようか?」 「マテリアルを明るくする?」 これは誤り! 露出をあわせると正しく見えた
  27. 27. ホワイトバランス白い物を白で写すために照明色を打ち消すカラー補正を行う フィルムは通常デイライト(太陽光5500K)が基準夕日に照らされたシーンは肌が赤く写る・顔のアップだと違和感あるかもしれない- WBとる・広い画角で夕日に染まった背景も描写したい-WBとらない 照明を重視したければホワイトバランスをあまりとらない 素材色を重視したければホワイトバランスをとる 素 照 材 明 色 色演出として色味を寒色や暖色にするためホワイトバランスを使うことも多い
  28. 28. ホワイトバランスで色が変えられている例 白いライトを使用した訳ではない WBで色補正したもの 光源色を抑える調整により、 空のライトによる青が強調される WB調整していない状態 この状態が素の状態。 素の状態になれるのが重要 ニュートラル(補正なし) 白色点6500ケルビン 光源本来の色
  29. 29. 最後に・これら物理的なパラメータの要求がレンダリングでは 当たり前になりつつある。・パラメータの意味を理解していたほうが良いかもしれない・ゲームグラフィックでもフォトリアル系は物理的な パラメータを扱う傾向が強くなってきている
  30. 30. ご清聴ありがとうございました suzukim@aqi.co.jp

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