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チンダル現象を用いた実物体の三次元形状及び双方向反射率分布関数推定

近年,映画,アニメーションなどで実物体の見えを忠実に再現した写実的なCGが頻繁に用いられるようになった.しかし,写実的なCGの生成には多大な人的コストがかかるため,これを自動で生成するという要求が高まってきており、実物体の写実的なCGを自動で生成するのに必要な三次元形状及び表面反射特性を実物体より計測することが求められている.そのうち表面反射特性については一般に双方向反射率分布関数(BRDF)を求めることで推定される. 従来より物体表面に光を照射しその反射光をカメラで観測した画像から物体の三次元形状及び表面反射特性を推定する手法が多く提案されている.しかし,このような手法全般に共通する問題点として,反射光がカメラで観測できない黒色物体や金属物体の場合は三次元形状を推定することができないという問題がある. このような従来研究に対して,我々はこれまで反射光がカメラで観測できないために計測が困難であった物体についても計測が可能となる手法を提案する. 提案手法では,この問題に対処するために,チンダル現象という光学現象に着目する.チンダル現象が生じない場合では光の道筋は観測できないが,多数の微粒子で構成される媒体中ではチンダル現象による散乱が発生し,入射光及び反射光が媒体中を通過する様子が観測できる. これにより,通常の環境では観測ができなかった物体表面での反射光についてもカメラで観測できるようになる.入射光が媒体中を通過する様子を観測することによって光の反射位置,つまり物体表面の位置を知ることができるため,黒色物体のように光をほとんど反射しないような物体に対しても形状計測が可能となる.さらに,物体表面で反射したあらゆる方向での反射光を観測することで数式モデルを用いないBRDFを推定する. 本研究ではBRDFをLambertモデルとTorrance-Sparrowモデルによって表現し,そのパラメータを獲得する.金属物体と黒色物体を計測対象とした実験により提案手法の有効性を確認した.