POV-Rayによるイメージベーストライティング

概要

イメージベーストライティングの手法を用いて，合成画像に対してシーンに対する写実的な画像を生成しました．

イメージベーストライティング

実シーンの照明環境を計測して，それを仮想物体を描画する際に用いることで，写実的な画像を生成するという枠組みを，イメージベーストライティング(image-based lighting:IBL)とよびます． 

光源分布

シーン中にある遠方光源を表した関数を光源分布とよびます．光源分布の計測には，魚眼レンズを装着したカメラを用いる方法や，鏡面球などの較正用物体を用いる方法があります．鏡面球を用いて照明環境を記録した画像を，特にLight Probe画像とよびます*1．

Light Probe画像についてはこちらをご覧ください．

raccoon15.hatenablog.com

撮影の際は広いレンジの明るさを記録するために，露出を変えた複数の画像を合成します．このような画像をHDR画像とよびます． 

POV-Rayにおける光源の設定

POV-RayではRadiance形式（拡張子".hdr"）のHDR画像を天球（sky_sphre）に設定することで，遠方光源として扱うことができるようになります．

sky_sphere{
  pigment{
    image_map{ 
      hdr "panorama.hdr"
      map_type 1
      interpolate 2
    } 
  }
}

レンダリング

実際にPOV-Rayでイメージベーストライティングをやっていきます．

光源の設定に必要なHDR画像は以下のサイトにあるものを使わせてもらいました．こちらのサイトでは非常に高品質なHDRパノラマ画像を提供しています．

hdrihaven.com

ライティングする対象は下の図に示す物体です．中心にStanford dragonを配置し，周りには拡散球，鏡面急，ガラス球などを置いています，

対象物体

レンダリングの際にはラジオシティを使用しました．

Short Tunnelでレンダリングした結果です．

レンダリング結果（Short Tunnel）

Skylit Garageでレンダリングした結果です．

レンダリング結果（Skylit Garage）

The Sky Is On Fireでレンダリングした結果です．

レンダリング結果（The Sky Is On Fire）

このように，イメージベーストライティングの手法を用いることで，シーンに対するフォトリアルな画像を生成することができました．

*1:Paul Debevec. Rendering Synthetic Objects into Real Scenes: Bridging Traditional and Image-based Graph- ics with Global Illumination and High Dynamic Range Photography. In Proceedings of the 25th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, SIGGRAPH ’98, pages 189–198. ACM, 1998.