Curvature-Dependent Reflectance Function; CDRF CDRF D CPU ) 3) Jensen 4),5) 2002 CM 2.2 GPU d Eon 6) 2 CPU GPU d Eon c 2011 Inf

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ゆたかひめい
6 years ago
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情報処理学会研究報告リアルタイムスキンシェーダとしての曲率に依存する反射関数の提案と実装久津保田尋順之 1 平 3 土橋森島宜繁典 2 生 1 人間の肌のような半透明物体のリアルな質感を再現するためには表面下散乱を考慮して描画することが必要不可欠であるそこで本研究では半透明物体の高速描画を目的とし曲率に依存する反射関数 CDRF を提案する

a Real-time Skin Shader Hiroyuki Kubo, 1 Yoshinori Dobashi, 2 Jumpei Tsuda 3 and Shigeo Morishima 1 図1 Simulating sub-surface scattering is one of the most eﬀective ways to realistically synthesize

1 情報処理学会研究報告リアルタイムスキンシェーダとしての曲率に依存する反射関数の提案と実装久津保田尋順之 1 平 3 土橋森島宜繁典 2 生 1 人間の肌のような半透明物体のリアルな質感を再現するためには表面下散乱を考慮して描画することが必要不可欠であるそこで本研究では半透明物体の高速描画を目的とし曲率に依存する反射関数 CDRF を提案する実際の映像作品ではキャラクタの肌はそれぞれに特徴的で誇張した表現手法がとられるため本研究では材質の散乱特性の調整だけでなく曲率自体を強調する手法を導入することで表面下散乱の影響が誇張された印象的な肌を表現可能なスキンシェーダを実現する Proposal and Implementation of Curvature-Dependent Reflectance Function as a Real-time Skin Shader Hiroyuki Kubo, 1 Yoshinori Dobashi, 2 Jumpei Tsuda 3 and Shigeo Morishima 1 図1 Simulating sub-surface scattering is one of the most eﬀective ways to realistically synthesize translucent materials, especiallyhuman skin. This paper describes a technique of Curvature-Dependent Reﬂectance Function (CDRF) as a real-time skin shader and its implementation for a practical usage. For a production pipeline, we build a simple workﬂow, and prepare a method for exaggeration of scattering eﬀects to describe a character s skin individuality. c TECMO KOEI GAMES CO., LTD. 女性キャラクタへの適用例 ( 2009 Team NINJA All rights reserved.) 1. はじめに 3D コンピュータグラフィックスにおいて様々な物質の反射特性をモデル化することはフォトリアリスティックなレンダリングを実現する上で極めて重要と言えるなかでも人間 1 早稲田大学 Waseda University 2 北海道大学 Hokkaido University 3 株式会社コーエーテクモゲームス TECMO KOEI GAMES CO., LTD. の肌や大理石に代表される半透明な物体で見られる柔らかな陰影を再現することでリアリティを向上させ映像に強い説得力を与えることができるそのため CG を用いた半透明物体の表現はコンピュータにおける演算能力のめざましい向上に伴い特に映画などのオフラインレンダリング用途で多く用いられるようになってきている半透明物体では物体 1 c 2011 Information Processing Society of Japan

2 Curvature-Dependent Reflectance Function; CDRF CDRF D CPU ) 3) Jensen 4),5) 2002 CM 2.2 GPU d Eon 6) 2 CPU GPU d Eon c 2011 Information Processing Society of Japan

Functions) BRDF BRDF 2 CDRF (Curvature-Dependent Reflectance Function) 3.

3 12 UV 1 13 D UV UV- UV UV D 2 UV UV Kolchin 7) Kolchin C-2 2.2[fps] Kolchin Kolchin Kolchin BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Functions) BRDF BRDF 2 CDRF (Curvature-Dependent Reflectance Function) D CPU σ 0 GPU Softimage 3.1 Curvature-Dependent Reflectance Function κ r = 1/κ 3 c 2011 Information Processing Society of Japan

4 (2) L i σ g (θ i, σ) θ i σ 0 r σ = σ 0/r κ σ(κ) = σ 0 r = σ 0κ (1) f c r f c r (θ i, κ) = (L i g) (θ i ) (2) θ i L i 0 L 0 L i = L 0 max (cos θ i, 0) (3) L 0 g (θ i, σ) ) 1 g (θ i, σ) = g (θ i, σ 0 κ) = ( 2πσ0 κ exp θ2 i (4) 2σ0 2κ2 L d fr c L d = k d fr c (θ i, κ)l i(x, ω i )dω i (5) Ω k d ω i n n ω i = cos θ i σ = 0 (2) σ 0 σ 0 = 0 f c r (θ i, κ) σ0 =0 = L i δ (6) = L 0 max(cos θ i, 0) (7) σ 0 θ i π/2 σ CDRF GPU (2) (2) CDRF θ i (σ 0κ) (LUT) θ i = arccos(n ω i ) cos(θ i ) = n ω i LUT u, v u = n ω i (8) v = σ = σ 0 κ (9) u [ 1, 1],v [0.0, 3.0] (2) LUT 3 LUT LUT 512[pixel] 32bit (R32F) 2.0[sec] LUT σ 0 32bit (2) 4 c 2011 Information Processing Society of Japan

結 (10) 果図 5 男性キャラクタの適用例 c TECMO KOEI GAMES CO., LTD. Team NINJA All rights reserved.

5 情報処理学会研究報告 (a) Lambert シェーダ図4 (b) 提案法 (r = 10.0) (c) 提案法 (r = 1.0) 半径の異なる球の描画結果ように CDRF の定義域は [0.0, 1.0] であるためメモリの節約のため通常のカラーマップと同様に 8bit で作成した場合でも明らかな破綻は生じない 3.3 表面下散乱の誇張表現実際の映像作品での使用を想定すると必ずしも物理的に厳密な表現でなくても表面下散乱現象を誇張して表現することで登場するキャラクタの個性に合わせて特徴的な肌の質感を表現することが求められるそこで実際の曲率 κ に対してユーザが描画結果を確認しながら次式のように変換することで強調された曲率 κ を用いる κ = ακ + β 4. 結 (10) 果図 5 男性キャラクタの適用例 c TECMO KOEI GAMES CO., LTD. Team NINJA All rights reserved 図 4 にランバートシェーダと提案法を用いて人間の肌を模倣するようにパラメータを調整し球体を描画した結果を示す図 4-(a) はランバートシェーダによって描画されていの肌特有の赤みがかった柔らかな陰影が表現されているまた図 5-(b) に示されるテクるため光の直接当たらない裏側の部分は暗くなるまた図 4-(b) は提案法によって描画スチャブラー法と比較しても遜色のない描画結果が得られる一方描画速度はテクスチャブしているが比較的半径の大きな球であるため表面下散乱の影響は相対的に弱まり結果ラー法の 41.5[fps] に対して提案法は 492.1[fps] と極めて低い計算コストで描画が可能と的にランバートシェーダとほとんど一致する一方図 4-(c) は提案法を用いて半径の小さなったまた最も単純で計算負荷の少ないシェーディング法であるランバートシェーディな球に対して描画を実行しており表面下散乱の影響は強く見られ特に赤い波長の光が散ングで描画した場合では 575.2[fps] であり提案法のフレームレートの低下は 14 乱し人間の肌らしい陰影が得られていることがわかる 5. 評図 1 に女性のキャラクタの図 5 には男性キャラクタをレンダリングした例を示す人肌価の場合は特に赤い波長の光が青や緑の波長と比較して平均自由行程が長く物体内部に入射本手法は実際の商用ゲーム作品である戦国無双３ Z 真三國無双６いずれもした光が遠くまで届くことが知られているそのため赤の波長に関わる散乱パラメータ σ0 株式会社コーエーテクモゲームスにスキンシェーダとして採用された登場するキャラクを比較的大きめに設定することで人肌らしい反射特性を再現した図 1-(a) や図 5-(a) に示タの肌の質感を調整するために多くのプロのデザイナに使用され同時に多くのフィードされるランバートシェーディングと比較して図 1-(b), 図 5-(c) に示される提案法は人間バックを得ることが出来た 5 c 2011 Information Processing Society of Japan

6 GPU 6. CDRF 8) 1) Kajiya, J.T.: The rendering equation, Proceedings of the 13th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, SIGGRAPH 86, New York, NY, USA, ACM, pp (1986). 2) Dorsey, J., Edelman, A., Jensen, H.W., Legakis, J. and Pedersen, H.K.: Modeling and rendering of weathered stone, Proceedings of the 26th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, SIGGRAPH 99, New York, NY, USA, ACM, pp (1999). 3) Jensen, H.W., Legakis, J. and Dorsey, J.: Rendering of Wet Materials, Rendering Techniques 99 (Lischinski, D. and Larson, G.W., eds.), Springer-Verlag, pp (1999). 4) Jensen, H.W., Marschner, S.R., Levoy, M. and Hanrahan, P.: A practical model for subsurface light transport, Proceedings of the 28th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, SIGGRAPH 01, New York, NY, USA, ACM, pp (2001). 5) Jensen, H.W. and Buhler, J.: A rapid hierarchical rendering technique for translucent materials, ACM Trans. Graph., Vol.21, pp (2002). 6) d Eon, E., Luebke, D. and Enderton, E.: Efficient rendering of human skin, Rendering Techniques (Proceedings of the Eurographics Symposium on Rendering), pp (2007). 7) Kolchin, K.: Curvature-based shading of translucent materials, such as human skin, Proceedings of the 5th international conference on Computer graphics and interactive techniques in Australia and Southeast Asia, GRAPHITE 07, New York, NY, USA, ACM, pp (2007). 8) Vergne, R., Pacanowski, R., Barla, P., Granier, X. and Schlick, C.: Light Warping for Enhanced Surface Depiction, ACM Transaction on Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 2009), Vol.28, No.3 (2009). 6 c 2011 Information Processing Society of Japan

情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report Vol.2011-CG-145 No.10 Vol.2011-CVIM-179 No /11/17 1 Rendering Techniques for Realistic Material Property R

情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report Vol.2011-CG-145 No.10 Vol.2011-CVIM-179 No /11/17 1 Rendering Techniques for Realistic Material Property R 1 Rendering Techniques for Realistic Material Property Representation Mikio Shinya 1 Simulating and representing material properties has been one of the most important area in the rendering research This