実物体の反射特性を再現する仮想光学環境の実現

实现再现真实物体反射特性的虚拟光学环境

基本信息

批准号：
14780290
负责人：
向川康博
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Osaka University (2004)University of Tsukuba (2003)Okayama University (2002)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

平成14年度,15年度には,実物体の反射特性を双方向性反射率分布関数として詳細に計測・記録し,それらのデータをもとに仮想的な光学パターンを白色石膏上に投影する乙とで,反射特性を忠実に再現するという当初の研究目的を概ね達成した.しかし,実際に試作システムを構築すると,当初の研究計画では想定していなかった新たな問題点として,(a)実物体の反射特性を計測・再現するだけでは写実性が向上しないこと,(b)動的に変化するシーンに対応できなければ応用分野が限定されてしまうことの2点が明らかとなった.そのため,最終年度においては,これら2点の問題を解決した.まず,(a)の問題に対して,実世界の照明環境をカメラで計測・記録し,それをプロジェクタで忠実に再現する手法を明らかにした.記録した照明情報は,現実世界で3次元的に重畳表示されるため,ユーザは高い現実感を得られることを確認した.照明と反射は,互いに対となる光学情報であり,両者を記録・再現できるシステムを完成できたことの意義は大きいと考える.一方,(b)の問題に対しては,2種類の解決法を提案した.ひとつは,パターンを投影する物体の底面にビジュアルマーカを貼付し,半透明の床面の下からカメラで追跡する方法である.この手法では,物体は接地していなければならないという制限はあるものの,高精度かつ高速にシーンの動的変化を検出することができる.もうひとつは,投影パターン中に追跡の手がかりとなる情報を埋め込む方法である.ここで,カメラの感度特性と,人間の視覚特性の違いを考慮して,カメラでは観測できるが人間には見えにくい不可視パターンとして埋め込むことにより,物体の3次元な追跡を実現した。以上により,研究計画当切の目的は十分に達成できた.特に,シーンの動的変化への対応を実現したことから,複数ユーザによる協調型複合現実感としての応用も期待できる.

2002年和2002年，我们将详细测量并记录真实物体的反射特性作为双向反射率分布函数，并根据这些数据将虚拟光学图案投影到白色石膏上。最初的研究目标是忠实地再现反射特性。然而，当原型系统实际构建时，出现了最初研究计划中没有预料到的新问题：（a）测量和再现身体的反射特性。很明显，（b）如果不能处理动态变化的场景，应用领域就会受到限制。因此，在最后一年，我们主要关注这两点，首先，针对问题（a），我们明确了一种方法。用相机测量并记录现实世界的照明环境，并用投影仪忠实地再现。记录的照明信息可以在现实世界中进行3D叠加我们确认用户可以通过显示获得高度的真实感。照明和反射是相互配对的光学信息，我们认为能够完成一个可以记录和反射的系统具有重要意义。另一方面，对于问题（b），我们提出了两种解决方案。一种是将视觉标记附加到图案投影到的物体的底部，并用相机从物体下方跟踪它。在这种方法中，半透明的地板表面。尽管存在物体必须在地面上的限制，但是可以高精度且高速地检测场景中的动态变化。另一种方法是将作为跟踪线索的信息嵌入到投影图案中。利用相机灵敏度特性和人类视觉特性的差异，我们通过将物体嵌入为相机可以观察到但人类很难看到的隐形图案来实现对物体的三维跟踪。如上所述，研究计划的目的已经完全达到。特别是，由于我们已经实现了响应场景动态变化的能力，因此我们可以期待多用户协作混合现实的应用。