Transcript 適応的な自由行程サンプリングによる プログレッシブ

適応的な自由行程サンプリングによる
プログレッシブフォトンビーム法
東京大学
理学部情報科学科四年
西田研究室
鈴木健太郎
発表の流れ
•
•
•
•
•
研究の背景・目的
関連研究
提案法
結果
結論と今後の課題
発表の流れ
•
•
•
•
•
研究の背景・目的
関連研究
提案法
結果
結論と今後の課題
研究の背景・目的
• 写実的な画像をレンダリング（生成）するのが
コンピュータグラフィックスの目的の一つ
▫ 映画やゲームなどで頻繁に利用
[Avatar 09]
[FINAL FANTASY XIII 09]
研究の背景・目的
• より写実的な画像を得るために
[Fedkiw 01]
▫ 関与媒質（蒸気、炎、煙、雲・・・）の
レンダリング
• 提案法により
▫ 関与媒質を厳密かつ従来法より高速に
レンダリングすることを実現
発表の流れ
•
•
•
•
•
研究の背景・目的
関連研究
提案法
結果
結論と今後の課題
関連研究（関与媒質）
• 関与媒質のレンダリング
[Nguyen02]
[Nishita 87]
[Nishita 96]
[Sun 10]
関連研究（関与媒質）
• プログレッシブフォトンビーム
▫ Jaroszらが2011年に提案
▫ 厳密解に収束
▫ 従来より高速な手法
[Jarosz 11]
関連研究（関与媒質）
• プログレッシブフォトンビーム
▫ Jaroszらが2011年に提案
▫ 厳密解に収束
▫ 従来より高速な手法
• 非均質な関与媒質（煙、雲など）の
レンダリングが遅いという欠点
• 提案法はこの点を克服した
[Jarosz 11]
関連研究（関与媒質）
• プログレッシブフォトンビーム
光源
関与媒質
観測者
物体
関連研究（関与媒質）
• プログレッシブフォトンビーム
光源
関与媒質
観測者
物体
関連研究（関与媒質）
• プログレッシブフォトンビーム
光源
関与媒質
散乱！
観測者
物体
関連研究（関与媒質）
• プログレッシブフォトンビーム
光源
関与媒質
観測者
散乱！
物体
関連研究（関与媒質）
• プログレッシブフォトンビーム
光源
関与媒質
観測者
物体
関連研究（関与媒質）
• プログレッシブフォトンビーム
光源
関与媒質
レイトレーシング
観測者
物体
関連研究（関与媒質）
• プログレッシブフォトンビーム
光源
関与媒質
観測者
物体
関連研究（関与媒質）
• プログレッシブフォトンビーム
▫ ビームを細くしながら逐次的にサンプルを追加し、
画質を向上させる
・・・
関連研究（関与媒質）
• プログレッシブフォトンビーム
▫ ビームを細くしながら逐次的にサンプルを追加し、
画質を向上させる
厳密解に収束
・・・
関連研究（自由行程サンプリング）
• 媒質中で光が相互作用(散乱・吸収・減衰)した点か
ら次に相互作用する点までの行程を自由行程と呼ぶ
• 関与媒質のレンダリングに不可欠
関与媒質
光源
散乱
散乱
自由行程（の一つ）
関連研究（自由行程サンプリング）
• レイマーチング法
▫ 厳密でない
• Woodcock Tracking
▫ 近年CG分野に導入[Raab 06]
▫ 統計的偏りがなく厳密な解
▫ プログレッシブフォトンビーム法で採用
• 適応的な自由行程サンプリング[楽 10]
▫ Woodcock Trackingを改善
▫ 非均質媒質における自由行程サンプリングを
高速化（かつ統計的偏りがない）
発表の流れ
•
•
•
•
•
研究の背景・目的
関連研究
提案法
結果
結論と今後の課題
提案法
• ベースにプログレッシブフォトンビーム
• 非均質な関与媒質（煙、雲など）の
レンダリングが遅いという欠点
１．適応的な自由行程サンプリングによる高速化
２．光の透過率関数推定の精度向上によるノイズ減少
によって克服
提案法（自由行程）
• 適応的な自由行程サンプリング
▫ 関与媒質空間を分割、その中でWoodcock
Trackingを行うことで高速化
▫ 非均質な関与媒質において効果的
• マルチスレッド化などにより性能を保ったまま
プログレッシブフォトンビームに実装
空間分割
提案法（自由行程）
• 適応的な自由行程サンプリング
▫ 関与媒質空間を分割、その中でWoodcock
Trackingを行うことで高速化
▫ 非均質な関与媒質において効果的
• マルチスレッド化などにより性能を保ったまま
プログレッシブフォトンビームに実装
非均質関与媒質の
レンダリングを高速化
空間分割
提案法（透過率関数推定）
• 光の透過率関数の推定の精度向上
▫ 光は媒質を移動中に減衰する
透過率関数
光の減衰
提案法（透過率関数推定）
• 光の透過率関数の推定の精度向上
▫ 光は媒質を移動中に減衰する
▫ 従来法では減衰のための透過率関数の推定の際に
発生する分散が画像のノイズになる
画像のノイズ
提案法（透過率関数推定）
• 従来法
関数推定のためのサンプリングのイメージ図
提案法（透過率関数推定）
• 提案法
一度にたくさんのサンプルをとる
関数推定のためのサンプリングのイメージ図
提案法（透過率関数推定）
• 提案法
関数推定のためのサンプリングのイメージ図
提案法（透過率関数推定）
• 推定方法の違いによる誤差比較
左：プログレッシブフォトンビーム
右：提案法
提案法（透過率関数推定）
• 推定方法の違いによる誤差比較
左：プログレッシブフォトンビーム
右：提案法
厳密解との誤差比較
発表の流れ
•
•
•
•
•
研究の背景・目的
関連研究
提案法
結果
結論と今後の課題
結果
• 計算環境
▫ 6コア Intel Corei7 3GHz
▫ nVidia GeForce GTX 580
▫ メインメモリ12GB
結果
•
•
•
•
密度の濃い煙
従来法：1718 sec
提案法：131 sec
13倍の高速化
結果
•
•
•
•
ガラス球と煙
従来法：1707 sec
提案法：501 sec
3.4倍の高速化
結果
•
•
•
•
うろこ雲
従来法：2243 sec
提案法：262 sec
8.6倍の高速化
結果（その他）
結果（その他）
結果（その他）
結果
• 動画
▫ 160フレーム
▫ 約1000秒/フレーム
▫ 約50時間
発表の流れ
•
•
•
•
•
研究の背景・目的
関連研究
提案法
結果
結論と今後の課題
結論
• プログレッシブフォトンビーム法
▫ 関与媒質のレンダリングに関する最新の研究結果
結論
• プログレッシブフォトンビーム法
▫ 関与媒質のレンダリングに関する最新の研究結果
• 欠点を克服し、関与媒質のレンダリングのため
のより強力な手法を実現した
▫ 適応的な自由行程サンプリング
▫ 光の減衰関数の推定法の精度向上
今後の課題
• 光の減衰関数の推定
▫ 今回は層化サンプリングに基づいた手法を用いた
が、さらなる推定法の改善
• アニメーションのレンダリングに特化した改善
▫ フレーム間のコヒーレンスを考慮することでより
なめらかなアニメーションを作る
ご清聴ありがとうございました
レンダリング方程式
[Jarosz 11]
誤差評価のグラフ