2015年02月25日

vidroで表面下散乱のテスト

気が付けば2月が終わろうとしていて困ったものです。

vidroのsample3が表面下散乱のサンプルになっているようです。
sample3_scattering.png

内部の屈折率1.33、透過100%で、ボリュームの設定は以下のような設定になっていました。
  HomogeneousExtinction	0.03 0.03 0.03
  HomogeneousAlbedo 0.80 0.40 0.20
  Anisotropy 0.5

今回は、vidroで人肌を表面下散乱でそれっぽくできないかのテストです。

肌の多いリアル系のモデルということで、かこみき様のABちゃん5モデルを使用させていただきました。結果画像を貼るだけならMMD外でも大丈夫なはずですが、問題がありましたらお知らせください。また、今回もMMDBridgeを使用しています。

肌は大体屈折率1.4で、入射光100%のうち、反射5%で透過が95%、透過の内訳は、表面下散乱で外に出るのが55%、そのまま吸収されるのが40%ぐらいだそうです[1][2]。表面だけでなく多層のモデルを作ればこの割合で行けるのかもしれませんが、今回は透過40%の設定でやってみました。

肌の設定
vidro_sss_001.png

面倒だったので反射0にしてますので、ハイライトとか出てないです。透過40%で反射0にしたとき残りの60%は全部Diffuseになるんでしょうかね。

内部ボリュームの設定
vidro_sss_002.png

血管が多いので肌色より赤っぽくなるらしいので、こんな感じにしてみました。前方散乱か後方散乱かはどちらが多いのかわからなかったので等方にしています。

実行結果

首の白いのは顔のポリゴンの首の部分と、体のポリゴンの首の部分が重なっているために出てきている何かです。vidroのドキュメントにも、重なった面は駄目だと書いていたので、そのためだと思います。

透過なし、Diffuseのみの結果
ab5_29_s_no_emit.png
完全な白色光のせいもあるかもしれませんが白っぽいです。

今回の設定の結果
ab5_29_s4.png
何となく赤っぽくなったような。クリックして原寸サイズならわかりますが、ブログ上のサイズだと殆どわからないぐらいの微妙な違いですね。

より良いパラメータを探したり、反射をちゃんと入れたり、肌の細かいノーマルマップなどを加えればよりそれっぽくなるとは思いますが、多分やらないと思います。

[1] ttp://www.netsubussei.jp/group/takada.pdf
[2] http://news.mynavi.jp/column/graphics/059/

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2015年01月27日

vidroのVolumeのテスト

vidroのボリュームレンダリングも中々お手軽で良さそうなのですが、情報が見当たらないのでメモしておきます。とりあえずSample4のvolume_caustic.vdrにコメントを入れてみました。後、たまに黒い点が入ってしまうので、メディアンフィルタで取り除いています。

実行結果

vidro_volume_003.png

vidro090517

# "CRYSTAL"という名前のマテリアルを定義
new Material "CRYSTAL"
  # 透明度すべて1.0で完全透過
  Transparency    1.0 1.0 1.0
  # ボリューム"a"とボリューム"b"の屈折率は1.0と1.5
  IOR      1.0 1.5
  # 表面がボリューム"a"で、裏面がボリューム"b"
  Volume      "a" "b"

# "0"という名前の空間を定義
new Space "0"

  # ボリューム"a"の定義
  new Volume "a"
    # ボリューム"a"の空間内での光の減衰を設定(0以上、50とかも設定できる)
    HomogeneousExtinction  0.2 0.2 0.2
    # ボリューム"a"の空間内での光の散乱を設定(0から1まで)
    HomogeneousAlbedo  0.3 0.3 0.3
    # ボリューム"a"の空間内での前方散乱/後方散乱の割合を設定(-1から1まで)
    Anisotropy    0.8

    # 点光源の定義
    new PointLight
      # 点光源の明るさ。テクスチャを用いることでスポットライトの効果
      Intensity  96.0 48.0 24.0 "spot.bmp"
      # 点光源の位置座標
      Position  0.2 0.75 -0.3
      # スポットライトの方向を変えるための回転行列
      X    0.95782626 -0.22987832 0.17240873
      Y    0.28734788 0.76626104 -0.57469577
      Z    0.00000000 0.60000000 0.80000000

    # 視点位置の設定
    new Eye
      Position  0.0 0.25 1.5
      Focus    0.0 0.25 0.0
      FocalLength  0.035

  # ボリューム"b"の定義(デフォルト)
  new Volume "b"

  # オブジェクト"0"の定義
  new Object "0"
    # 球のモデルデータを読込む
    File    "sphere.obj"
    # 位置の設定
    Position  0.05 0.35 0.0

HomogeneousExtinctionで減衰、HomogeneousAlbedoで散乱を設定できます。こちらは均一なので、ボリューム"a"全体にかかっています。実行結果ではスポットライトの部分だけのように見えますが、明るいのでわかりやすいだけで、よく見るとスポットライト以外のところも減衰や散乱しています。

続いて、局所的で不均一な場合のサンプルを作ってみました。Sample1のSample1.vdrを改変しました。

実行結果

vidro_volume_000.png

vidro090530

# 球のマテリアルの定義
new Material "SPHERE1"
  # 外側と内側のボリュームの設定
  Volume      "OUTER" "INNER"
  # 外側と内側の屈折率
  IOR      1.0 1.33
  # 完全透過
  Transparency    1.0 1.0 1.0

# 床のマテリアルの定義
new Material "FLOOR"
  # チェック柄のテクスチャ
  Diffuse      1.0 1.0 1.0 "check.png"

# 空間の定義
new Space "0"
  # 外側のボリュームの定義
  new Volume "OUTER"
    # 局所的な減衰の定義。starディレクトリの画像を使用する
    Extinction  25.0 25.0 0.0 "C:\vidro100630x64en\sample1\star"
    # 局所的な散乱の定義。starディレクトリの画像を使用する
    Albedo    0.5 0.5 0.0 "C:\vidro100630x64en\sample1\star"
    # 局所空間のAABBの最小座標を設定
    Origin -0.25 0 -0.25
    # 局所空間のサイズを設定。(-0.25, 0.0, -0.25)〜(0.25, 0.5, 0.25)の空間
    Size 0.5 0.5 0.5
    # 天空光源
    SkyLight  0.5 0.5 0.75 "sky.hdr"

    # 平行光源
    new ParallelLight "LIGHT0"
      Emission  0.5 0.5 0.25
      Direction  -1.0 1.0 -1.0

    # 視点座標
    new Eye
      Position  0.0 0.5 1.0
      Focus    0.0 0.1 0.0

  # 内側のボリュームの定義(デフォルト)
  new Volume "INNER"

  # 球の定義
  new Object
    File    "sphere.obj"
    Material  "SPHERE1"
    Position  0.0 0.1 0.0
  
  # 床の定義
  new Object
    File    "floor.obj"
    Material  "FLOOR"

局所的な場合は、Homogeneousを取り除いてExtinctionとAlbedoとします。ここで注意点として、OriginとSizeでちゃんと領域を指定してあげないと画面上に反映されません。

starディレクトリに画像を入れます。今回は下記の適当に作った画像1枚を入れています。

volume001.png

ディレクトリ名を空欄にすれば、下記のように局所空間全体が減衰/散乱します。

vidro_volume_001.png

結果からもわかるように、下図のような関係のようです。

vidro_volume_004.png

確認のため、もう一枚starディレクトリに画像を入れます。

volume000.png

vidro_volume_002.png

○を000.png、☆を001.pngとしていますので、○が奥になっています(視点(0,0.5,1.5)、注視点(0,0.1,0)より)。
ちゃんとした3次元テクスチャがあれば、もう少し色々できそうです。

参考サイト
[1] vidroホームページ: http://vidro-renderer.sakura.ne.jp/
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2015年01月19日

MMDBridgeとvidroのテスト

今更ですが明けましておめでとうございます。もう1月下旬とか困ったものですね。今回は楽にきれいな画像を作ろうということで既存のレンダラを使ってみることにしました。レンダラにも色々ありますが、せっかくなのでMMDBridge[1]に挙がっているvidro[2]〜[4]を使ってみることにしました。2010年が最終更新になっていますので、もう更新されないんですかね。

MMDBridgeのvirdoサンプルは、日本語の混じった名前のテクスチャを使っているようなPMXモデルでutf-8 decode errorみたいなのがでたのと、Diffuseなどがなぜか全部0になっている?ようなのと、エッジ色等の情報が取得できないようでしたので、Objと簡単なvdrファイルを出力するだけのものに変更しました。後、vidroのsample2のboxとwaterを使用するようなものにしています。

pythonスクリプト

後は、自前のPMXローダからobjのmtlファイルと、半角英数にリネームしたテクスチャ画像、色やエッジ情報などのマテリアルに関するvdrファイルを出力するようにしました。mtlはマテリアル名ぐらいで、それ以外の色やテクスチャの情報はvdrに出力してしまいます。

注意点としては、透明度を含むpngやtgaを指定していても、objの場合はそれを認識してくれないようですので、map_dというアルファマップ用の画像をpngやtgaから抽出する必要があります。また、vidroでは、基本的にRGB指定×テクスチャ画像の乗算で計算されるため、透明度に関しても同様に処理されます。つまり、透明度は1が完全な透明、0が不透明でそれにアルファマップの画像を乗算することになりますので、透明にしたいところを白色、不透明にしたいところを黒色と、一般的なアルファマップ画像を反転させる必要があります。(rgb = 1.0-aとした画像を新たに作成します)

実行結果

とりあえずデフォルト設定+SkyLightにHDR画像を指定してレンダリングした結果です。スカイドームに[5]を、歩きモーションに[6]を、PMXモデルに[7]を使用させていただいております。GIはやっぱりいい感じですね。

vidro_008.png

フォトリアリスティックとノンフォトリアリスティックを選択でき、ノンフォトの場合にはエッジが描画されます。デフォルトでは黒い線がすべての境界に引かれてしまうので微妙です。

vidro_010.png

そこで、エッジ色に関してはPMXファイルから取得して、エッジが無効になっているものはContourGroupでビット調整して非表示にしました。また、濃さに関してはBoundary?で、内部のしわのエッジの濃さ?はCreaseで設定する必要がありますので、PMXEditorを参照しながら多少は修正しました。

vidro_009.png

サンプルvdrファイル

全身だとこんな感じです。

vidro_006.png vidro_007.png

後はvidro付属のsample2のデータと[8]の立ちポーズを使ったらこんな感じになりました。

vidro_012.png

トーンマップの設定やVolumeの設定など、まだまだ色々できることはあるので、時間があれば試してみたいです。

参考サイト
[1] MMDBridgeホームページ: http://mmdbridge.render.jp/
[2] vidroホームページ: http://vidro-renderer.sakura.ne.jp/
[3] vidro参考サイト1: http://aether5th.blog40.fc2.com/category35.html
[4] vidro参考サイト2: http://kmurai.blog52.fc2.com/blog-category-12.html
[5] スカイドーム: http://www.nicovideo.jp/watch/sm10968092
[6] 歩きモーション: http://www.nicovideo.jp/watch/sm9554606
[7] 磯風モデル: http://www.nicovideo.jp/watch/sm24596846
[8] 立ちポーズ:http://seiga.nicovideo.jp/seiga/im4373054
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2014年12月29日

OpenGLでビルボードのテスト その4

年末年始は油断するとすぐ終わってしまうので困ったものです。今回はビルボードの復習です。

billboard004_001.png

上の図のように、ビルボードはワールド座標で指定するのではなく、正規化デバイス座標系やスクリーン座標系で指定するとわかりやすくなります。しかし、正規化デバイス座標系やスクリーン座標系で指定した場合は、それをワールド座標に戻してボリゴンを描画しないと画面に表示することができません。

CGで線形代数が必要な部分ですが、座標変換を行列計算で行っているので、逆行列を使えば正規化デバイス座標系やスクリーン座標系をワールド座標に変換することができます。

billboard004_002.png

この辺の変換をきちんと把握していると、シェーダが読みやすくなりますね。ここでこの行列を掛けているから、今は視点座標系のデータだな…とか。

billboard004_003.png

今回は正規化デバイス座標系をワールド座標に戻したいので、ViewProjection行列の逆行列を、適当に設定したスクリーン座標4つに掛けてあげればワールド座標に戻すことができます。

実行結果

ティーポットとビルボードを表示しています。視点を回転させていて、ティーポットはそのまま、ビルボードは視点の方向に向くことを確認しています。

billboard004_004.png

glut+glmを使用したサンプルコード
billboard_004.cpp
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2014年12月26日

画像の極座標変換について その2

今頃気づきましたが、画像の極座標変換のところにコメントをいただいていました。手法など全然説明していないので自分で読んでもどうやっていたのか良くわからないですね。というわけで一応解説とOpenCV使ったサンプルソースコードを作ってみました。

polar_image_001.png

[1]を上の式で変換した結果(polarTest)
polar_image_dst.png

polar_image_002.png


[2]"Photo by DAVID ILIFF. License: CC-BY-SA 3.0"を上の式で変換した結果(polarTest2)
polar_image_dst2.png

ソースコード
opencv_polar.cpp
(2015.10.29追記:atan2(dx, dy)はatan2(dy, dx)の間違いです)

[1] http://www.mvision.co.jp/WebHelpIM/_RESOURCE/Filter_Mvc_Polar.html
[2] Helvellyn Striding Edge 360 Panorama, Lake District
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2014年12月25日

Oculus SDK 0.4.1から0.4.4への修正点メモ(OpenGL用)

0.4.4で速くなったり安定したりというお話を聞いたので、そろそろバージョンアップしてみました。DirectXやUnityのお話の気もするので、OpenGLでその恩恵が受けられるのかどうかわかりませんが。

0.4.1のプログラムをコンパイルしようとしたらエラーがでたので、修正点のメモです。GLFW3を使う場合は、[1]を使えばそのままコンパイル/実行できます。試していないですが、OculusRoomTinyのOpenGLバージョンが[2]にあるので、参考になると思います(Oculus SDK付属のサンプルはDirectXだけになってたみたいなので…)。

変更点1 RTSize -> BackBufferSize
[1]にも書かれていますが、変数名が変わったようなので修正します。
    ovrGLConfig cfg;
    cfg.OGL.Header.RTSize = OVR::Sizei(hmd->Resolution.w, hmd->Resolution.h);
        ↓
    cfg.OGL.Header.BackBufferSize = OVR::Sizei(hmd->Resolution.w, hmd->Resolution.h);

変更点2 ovrHmd_GetEyePose -> ovrHmd_GetEyePoses
0.4.1では片目毎にovrHmd_GetEyePoseをしていたのですが、ovrHmd_GetEyePosesで一度に取得するようになったようです。
    ovrHmd_GetEyePoses(hmd, frameIndex, eyeRenderOffset, eyeRenderPose, NULL);

変更点3 ViewAdjust -> HmdToEyeViewOffset;
変更点2にも関係しますが、0.4.1ではViewAdjustで左右目のIPD差?を取得できていたのですが、HmdToEyeViewOffsetという名前に変わっていました。
    ovrVector3f eyeRenderOffset[2];
    eyeRenderOffset[ovrEye_Left] = eyeRenderDesc[ovrEye_Left].HmdToEyeViewOffset;
    eyeRenderOffset[ovrEye_Right] = eyeRenderDesc[ovrEye_Right].HmdToEyeViewOffset;

後、[1]では大丈夫だったのですが、自前のglutバージョンを0.4.4対応に修正したものでは、health and safety warningをAPIで非表示にした場合に、トラッキングのエラー?が出て画面が真っ暗になってしまったため、[3]を参考に無理やり非表示にしました。

[1] Simple, one page, OpenGL example (0.4.4)
[2] Oculus SDK 0.4.4-beta OpenGL Demo
[3] Oculus Rift SDK 0.4.3bでhealth and safety warningを非表示にする方法
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2014年12月09日

GSLを用いた球面調和関数の計算 その8

あぴミクさんモデルでのテストが終わりました。OpenCLを使用しても、1頂点1秒とすると、2万頂点で2万秒(6時間弱)ほどかかりますので、もうちょっと高速化が必要かもしれません。

実行結果

今回は半球ではなく全球で遮蔽情報を計算しましたが、本来は半球で計算するべきかもしれません。後、完全に遮蔽されている頂点があると真っ暗になり、その頂点に隣接する面が必要以上に暗くなってしまっていますので、真っ暗な場合にもある程度0番目の項にだけ値を設定する等の工夫が必要かもしれません。



たまに表示されないみたいなのでその場合はDOWNLOADを押してみてください。

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2014年12月06日

GSLを用いた球面調和関数の計算 その7

遮蔽情報の計算が怪しかったので修正してみました。

SH_GSL07_001.png

SH_GSL07_002.png

実行結果

床を平面で作ったので、端っこの頂点がほぼ遮蔽されずに明るくなりすぎていますが、何となくそれっぽくできていると思います。計算に時間がかかりますが、あぴミクさんのモデルでの再計算をやりたいと思います。



動的変形に対応した手法までやる気力がないので、あぴミクさんでうまく行ったらとりあえずは大体試せたことになりますかね。
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2014年12月03日

GSLを用いた球面調和関数の計算 その6

前回の続きです。

球面調和関数の係数を線形補間すると、滑らかに変化するのかどうか試してみることにしました。

昼・夕方・夜っぽい3枚のパノラマ画像を[1]から使用させていただき、ぞれぞれ3次の球面調和関数近似を行い、係数を線形補間してみました。

実行結果

背景はmix関数で混ぜているのですが、何かおかしいですね。雰囲気的にはうまくいっているような気はしますが、どちらかというとモデルの頂点毎の遮蔽情報の計算が怪しそうです。

背景と遮蔽情報の内積のみ

テクスチャの色と上記の混合


[1] http://www.nicovideo.jp/watch/sm10968092

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2014年11月27日

GSLを用いた球面調和関数の計算 その5

前回の続きです。

とりあえず単純なオブジェクトということで、球を使ったテストをしてみました。遮蔽情報が必要で、本来であればレイを飛ばして遮蔽するかどうか確認、といったことをしないといけないのですが、手抜きで上(法線方向)だけ遮蔽されておらず、そこからだんだん暗くなる下記のものをベースに、法線ベクトルに応じて前回の係数回転をさせることにしました。

          原画像                 3次(係数16個)で圧縮/展開した画像
SH_GSL05_003.png      SH_GSL05_004.png

環境マップには、わかりやすいように下記のような画像を作成しました。

          原画像                 3次(係数16個)で圧縮/展開した画像
SH_GSL05_001.png      SH_GSL05_002.png

実行結果

反射なのでわかりにくいですが、正しく動作していそうです。

前回からZ軸を上方向にしたせいか、Y軸とZ軸が入れ代わってしまっているので、↑はカメラを寝させているような状態になってしまっています。その辺は修正しないと駄目ですが、とりあえず回転含め球面調和関数が使えるようになったかなと思います。
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