久保 尋之

We present a novel time-resolved light transport decomposition method using thermal imaging. Because the speed of heat propagation is much slower than the speed of light propagation, transient transport of far infrared light can be observed at a video frame rate. A key observation is that the thermal image looks similar to the visible light image in an appropriately controlled environment. This implies that conventional computer vision techniques can be straight-forwardly applied to the thermal image. We show that the diffuse component in the thermal image can be separated and, therefore, the surface normals of objects can be estimated by the Lambertian photometric stereo. The effectiveness of our method is evaluated by conducting real-world experiments, and its applicability to black body, transparent, and translucent objects is shown.

本研究の目的は，コンピュータによる計算と光を用いて，人々が行っている化粧のような美しさを表現することである．本研究では，顔認識を用いて顔のパーツの位置を検出し，プロジェクタを用いて化粧に相当する光線を投影する．今回はその第一歩として，顔のパーツの中でも唇に特に注目する．検出された唇領域に対して口紅に相当する色を再現するための光線を投影することで，実際に化粧をしているかのような効果を実現する．結果より，見た目や印象の変化が促せており，これは新しい化粧の手段になり得るのではないかと考える．

近年，非平面の提示面を持つディスプレイが開発され，普及が進んでいる．一方で，従来の映像表現は基本的には平面ディスプレイでの提示を想定しており，同様の手法を直接適用できるかは明らかでない．本研究では，特に球体ディスプレイにおける浮遊感表現に焦点を当て，観察者の知覚を定量化することを目的とする．実際に球体ディスプレイを用いた実験で観察者の浮遊感知覚を評価し，その結果について考察する．

物体の見え方は, 光源方向と観測方向に応じて定められる反射率分布関数BRDF(Bi-directional Reflectance Distribution Funciton)を測定することで取得することが可能である. これまで, これに関し多くの手法が提案されてきたが, 測定に必要とされる装置が高価であるため非効率であるという欠点がある. 本論文では効率的なBRDF計測手法として, X-Slitと呼ばれる二つだけのスリットによって縦と横の画角が異なる光学系を用いて密にBRDFを計測できる手法を提案し, 有効性をシミュレーションで評価する.

表面下散乱を考慮したレンダリングは，写実的なCGを作成するうえで不可欠である．しかし，表面下散乱を物理的に正しく扱う場合，半透明物体中を進む様々な光の経路を考慮する必要があり，この経路の多さが半透明物体の高速なレンダリングを難しくしている．物体がそれほど透けておらず，多重散乱光が支配的となる材質を仮定したとき，表面下散乱光の寄与は光路が長くなるにつれて急激に小さくなることが知られている．この観察から，半透明物体内部を最短の光学的距離で透過した光ほど，レンダリング結果に対して視覚的により重要であると考えられる．そこで入射光の強度および光学的最短距離の2つを考慮し，最も明るさの寄与が大きくなる表面下散乱光ただ1つを用いて物体表面上の輝度を推定する．本稿ではこれを寄与最大経路と呼び，この経路ただ1つを用いて物体表面上の輝度を推定する．本手法は，寄与最大経路を通った表面下散乱光は視覚的に大きな重要度を持つという経験則に基づく手法である．このような寄与最大経路1 つから表面下散乱光を計算することで，物理的な正しさは保証されないものの，もっともらしいレンダリング結果をリアルタイムに得ることができる．特に，物体内部を考慮した光路の計算コストは非常に高いが，本手法では考慮する経路の本数を限定したことにより，内部に異なる材質の半透明物体が含まれた物体を実時間にレンダリング可能とした．

半透明物体を物理的に正しくレンダリングするためには，膨大な計算時間が必要となる．そのため，ゲームなどリアルタイム動作が求められるアプリケーションに対しては，近似を用いることで半透明物体のレンダリングがおこなわれている．本研究では，物体の厚みを利用した半透明物体のリアルタイムレンダリング手法であるTranslucent Shadow Mapsを，内部に不均一な構造を持つ物体にも適用できるよう手法の拡張をおこなう．まず，事前計算として，物体の表面に対してサンプリングを施し，全てのサンプリング点のペアに対して物体厚みの計算をおこなう．さらに，レンダリング実行時に，事前計算された厚みの情報を用いることで，物体の厚みに依存しやすい単一散乱の放射輝度の近似計算をGPU上で高速におこなう．事前計算の際に，物体内部の媒質の違いに応じて厚みの尺度を変更することで，既存手法では表現できなかった，内部が不均一な物体に対しても光の散乱・吸収を考慮したレンダリングが可能となる．

本研究では，複数のプロジェクタを用いて4次元光線空間を生成する手法を提案し，これにより異なる距離に配置された複数のスクリーンにそれぞれ異なる画像を個別に表示する新たな情報提示方法を実現する．複数のプロジェクタを設置して光線を投射するとき，各スクリーンには異なるプロジェクタから発せられた複数の光線が到達するが，その組み合わせはプロジェクタとスクリーンとの位置関係に応じて異なる．そこで，我々は各スクリーンに表示したい目標画像の輝度勾配を保つことを制約条件にして，各プロジェクタから投影する画像を決定する．これにより，従来法と比較してコントラストを高く保った場合でもアーティファクトの少ない画像を投影可能となる．提案手法の有用性を確かめるためシミュレーション及び実環境実験を行い，その結果を示す．