1. 物理ベースの絵作りのための
基礎知識
AQインタラクテブ 技術開発部
鈴木雅幸

2. セッション内容
 リニアワークフロー
- 計算を正しくするための環境
 HDR
- 現実のコントラスト比とHDRデータ
 ライト
- 物理的なライトと単位
 マテリアル
- エネルギー保存と物理パラメータ
 カメラ
- 露出補正やホワイトバランス

3. リニアワークフロー
-計算を正しくするための環境-

4. リニアワークフローを行っていないと
0.5 + 0.5 = 1.0
という画像の計算は 実は．．．
0.22 + 0.22 = 1.0
という現象を見ている

5. カメラとPCの明るさ調整どちらが正しい？
 カメラで明るさを調節 （正）
1/4の光量で撮影 基準として撮影 4倍の光量で撮影
 ＰＣに取り込んで明るさを調節 （誤）
明るさを1/4倍 ベース画像を読み込む 明るさを4倍
ディスプレイガンマを考慮していないのが原因！

6. ディスプレイガンマ
 ディスプレイの出力は非線形
ガンマ2.2の入出力比
入力％ 出力％ 入出力比
100 100 1.0
50 22 0.44
20 2.9 0.14
4 0.08 0.02
γ1.8 MAC (今は違う？)
γ2.2 NTSC ≒ sRGB(Windows)
γ2.8 PAL、SECAM

7. リニアワークフローのフロー
今までのフロー リニアワークフロー(LWF) オレンジの処理が追加
データ 正しいデータ 見た目で作ったデータ
デガンマ
正しいデータに変換 リニア変換
逆ガンマ補正
等と呼ばれる
計算機 計算機
モニタで見るためのデータに変換 ガンマ補正
画面出力 画面出力
明るさに関連する画像を見た目で作ったものは
リニアスペースに変換する必要がある。

8. ＨＤＲ
-現実のコントラスト比とHDRデータ-

9. コントラスト比 自然界の輝度

10. コントラスト比 記録媒体

11. コントラスト比 表示媒体-反射型

12. コントラスト比 表示媒体-発光型

13. HDRとは広い輝度比のこと
マテリアルやカメラにとって相対的な高輝度は無視できない
低輝度も露出次第では相対的に明るくなるため重要となる
ブラー系処理が正しくできる
ベース画像 LDRでブラー HDRでブラー
露光間ズームを再現
鏡面反射が数パーセントでもハイライトが
出るのはHDRで処理しているから

14. ライト
-正しい減衰と物理パラメータ-

15. 点光源は距離の二乗減衰
ほとんど使われていなかった。なぜ？
リニアワークフローを知らなかったから
LWFを行っていないと LWFを行うと
MayaやSoftimage等（メンタルレイ）のライトに注意
・０mから2乗減衰させたつもりでもできていないので調べたほうが良い
・mia_photometric_light等を使用すれば問題ない

16. 光の代表的な単位
光束 [lm] 光の総量
照度 [lx] 面に光束が入射している量
輝度 [cd/㎡] 面がどれだけ明るいかの量

17. 光の単位のサンプル
光源の種類 光束 [lm] 目安 照度 [lx]
ロウソク 20 満月の明かり 0.5
LED 3W 200 日没直後 5
ハロゲンランプ 40W 560 リビング（暗め） 70
ハロゲンランプ 100W 1,400 家庭のトイレ 80
蛍光灯 40W 3,000 ホテルのロビー 100
メタルハライド 200W 16,000 リビング（明るめ） 500
オフィス 1,000
発光体の目安 輝度 [ｃｄ/㎡] コンビニ 2,000
日中の太陽 1.6*10^9 曇り 3,000
地平線の太陽 600,000 晴天の日陰 10,000
白熱等 500,000 晴天の日向 100,000
明るい空 10,000
蛍光灯 10,000
曇り空 3,000
月 2,500
TVモニタ 200

18. 現実を参考にすれば直感的にライティングが可能
夜の室内 昼の室内
・20wの白熱灯 (300 lm) 4灯 ・晴天の青空 (1万 lx)
・50型TVモニタ (200 cd/㎡)) ・日中の太陽 (7万 lx)
現実の値を参考にできるのでトライ＆エラーは少ない

19. マテリアル
-エネルギー保存と物理的なパラメータ-

20. エネルギー保存
拡散性 指向性
表
面
反
射
内
部
反
射
透
過
入射光 >= 拡散反射 + 内部拡散 + ．．．
エネルギー保存が重要！

21. エネルギー保存の例（映りこみ）
拡散反射 (65%) 鏡面反射 (70%)
上の2つの成分を合成する例
単純に加算 割合で加算 フレネル係数で割合
１を超える １を超えない １を超えない

22. エネルギー保存の例（スペキュラ）
あるライト強度があったときのスペキュラ調整例
エネルギー保存が難しいパラメータ
「広がり具合」の指定 次に「強さ」の指定
エネルギー保存
できてるの？
エネルギー保存されているパラメータ例
「粗さ」の指定
例えば「粗さ」の指定で上の2つのパラメータを決める
実際はマイクロファセットを考慮した物理ベースの
スペキュラ処理が行われることが多い

23. エネルギー保存の例（物理ベースマテリアル）
・照明環境が変わっても破綻が起こらない（エネルギー保存）
・パラメータが少ない
基本的なパラメータ（メンタルレイのMia_Material ）
・ディフューズ反射率
・屈折率 （反射や透過度等は屈折率で定義できる）
・光沢面の粗さや屈折面の粗さ
・ディフューズ面の粗さ（ランバートモデルでは不必要）

24. カメラ
-露出補正やホワイトバランス-

25. 露出補正
被写体の明るさを撮像素子に シャッター速度と絞りの関係
調度良い明るさで記録する
ために光量を調整
・[シャッター速度 Tv]
・[絞り Av]
・[感度 Sv]
ＥＶ = Tv + Av + Sv
EV値が1違うと光量は２倍違う
0EV = 2.5ルクスの照明下で適正露出
最初はプリセットを使うと良い

26. 露出補正を理解していないと
ライト正しく設定したのに暗い
「ライトを強くしようか？」
「マテリアルを明るくする？」
これは誤り！
露出をあわせると正しく見えた

27. ホワイトバランス
白い物を白で写すために照明色を打ち消すカラー補正を行う
 フィルムは通常デイライト(太陽光5500K)が基準
夕日に照らされたシーンは肌が赤く写る
・顔のアップだと違和感あるかもしれない- WBとる
・広い画角で夕日に染まった背景も描写したい-WBとらない
照明を重視したければホワイトバランスをあまりとらない
素材色を重視したければホワイトバランスをとる
素 照
材 明
色 色
演出として色味を寒色や暖色にするためホワイトバランスを
使うことも多い

28. ホワイトバランスで色が変えられている例
白いライトを使用した訳ではない
WBで色補正したもの
光源色を抑える調整により、
空のライトによる青が強調される
WB調整していない状態
この状態が素の状態。
素の状態になれるのが重要
ニュートラル（補正なし）
白色点６５００ケルビン
光源本来の色

29. 最後に
・これら物理的なパラメータの要求がレンダリングでは
当たり前になりつつある。
・パラメータの意味を理解していたほうが良いかもしれない
・ゲームグラフィックでもフォトリアル系は物理的な
パラメータを扱う傾向が強くなってきている

30. ご清聴ありがとうございました
suzukim@aqi.co.jp