レンズを置いてみる3

 フォトンマッピングという機能があり、これを使うと光の集光を正確にシミュレートできるとリファレンスマニュアルに記載があったので、中身を確認した。

マニュアルには、屈折や反射のコースティック（ガラスコップに光が透過すると、光が集光したり散乱したりしてできる光の模様）をリアルにレンダリングできる機能とあり、ミラーが反射し、レンズがフォーカスするとあった。

仕組みとしては、フォトン（光の粒みたいなもの）を発射して、それが物体から反射したり透過した結果、どこかにぶつかったら、そのぶつかった場所にフォトンが当たった事を記憶しておいて、最終的に何個のフォトンが当たったかで、その場所の光の量を決定する。

なので、レンズなら、焦点に向かって大量のフォトンがぶつかるので、中心の一点が明るくなり、そこから離れると暗くなるはずである。

POV-Rayでは、コースティックが投影される物質（カテゴリ１）と、コースティックを出す原因となる物質や光源（カテゴリ２）がある。

カテゴリ１は、特に何もしなくても自動的になる。投影されないようにするには、photons {collect off}をオブジェクトに追加て、フォトンを収集しないようにする。カテゴリ2は、photons {target}を追加する事で、ここを通過・反射した光は、カテゴリ１の物質にぶつかると、その物質にぶつかったことが記録されるようになる。

フォトンマッピングを使うには、グローバルセッティングでphotonsを指定する必要がある。必要なパラメータは以下の通り。

spacing あるいは count

フォトンをカウントする物体面上の間隔(spacing)か、放射するフォトンの数(count)のどちらかは必ず指定する必要がある。spacingは数値を下げると細かくなるのでフォトンの数が増える。countは、数字を上げるほど細かくなる。

autostop 

フォトンは通常、カテゴリ２の中心から外側に向かって、スパイラル状に放射される。その放射は境界ボックス（カテゴリ２の物体を囲むような箱状の境界線）全体を覆うまでスパイラルが広がり続けるが、境界ボックスより物体が小さくて、スパイラルが1回転しても何にも当たらない状況なら、そこで放射を止めたい。そこでautostopという機能を導入したが、そうすると、ドーナツのようなものは中央に何もないので、いきなり止まってしまう。

そこで、スパイラル放射の衝突がある閾値を超えた後に、衝突が起きなくなったら停止する仕組みを入れた。その閾値は境界ボックスの0～100%（指定値は0～1）となる。autostop 0という指定は、スパイラル1回転分の放射でフォトンが1個でも当たったら、そこから1回転しても1個も当たらなくない状況になるまで止まらない。

これのパラメータを調整しないといけない場面は、複数の抜けのある輪のようなフォトン放射を止めてしまいかねない物体の場合のみである。したがって、通常はautostop 0を指定する。

今回は下記設定で試した。

global_settings {
  photons {
    spacing 0.01
    autostop 0
  }
}

下図は、平行光を上から照射し、曲率10、半径2のレンズをチェッカー模様の平面に対して、光点の収束がもっとも小さい点となる位置（つまり焦点距離）、焦点距離の2倍、および3倍においたもの。カメラは斜め横から見ている。

translate <0,0,8.85>

translate <0,0,17.7>

translate <0,0,26.5>

最初の図は、1点に集光しており、焦点距離の2倍ではちょうどレンズぴったりのサイズで集光し、焦点距離の3倍では、光はレンズよりも大きく集光している。

結果として、レンズの集光については、正確に表現できているといえる。つまり、いまチェッカー模様の平面のところを白色の面にして、カメラをレンズより平面寄りにおいたら、光学系とカメラの撮像センサーに投影される像をシミュレーションできるかもしれない。試しにその位置で見てみると、それらしい絵が得られた。


レンズが粗い（latheのlinear_splineで作っているため）ので、線が見えるが、滑らかにすればそれも見えなくなると考える。

コメント

コメントを投稿

このブログの人気の投稿

LuxCoreRenderを使ってみる

イメージ
まずはレンダリング 下記より、スタンドアロンとAPI SDKをダウンロードする。 https://luxcorerender.org/download/ それぞれ適当なフォルダに展開する（私の場合Cドライブ直下に置いた）。スタンドアロンのフォルダにある、luxcoreui.exe　を実行する。出てきたウインドウのRendering→Loadを選択して、SDKのフォルダにあるscenesの下にあるフォルダの中から、適当なcfgファイルを選択すると、レンダリングが開始する。下の画像は、scenes/simple/simple.cfgを選択した場合の画像である。 最初ノイズまみれな画像から、だんだんときれいになっていく様子を見ることができる。ずっとレンダリングし続けるので、止める場合は、Rendering→Pauseを選択する。再開するときは、Rendering→Resumeを押す。 上のウインドウとは別で表示されているコンソールに、以下のようなものが出力され続けるのだが、どうやら処理を進めることで、ノイズが少なくなるということらしい。 [LuxCore][31.734] Noise estimation: first pass [LuxCore][59.578] Noise estimation: Error mean = 0.00993405 [LuxCore][101.531] Noise estimation: Error mean = 0.00612393 [LuxCore][142.218] Noise estimation: Error mean = 0.00357345 [LuxCore][180.250] Noise estimation: Error mean = 0.00257599 [LuxCore][218.015] Noise estimation: Error mean = 0.00201924 [LuxCore][258.171] Noise estimation: Error mean = 0.00166048 [LuxCore][301.125] Noise estimation: Error mean = 0.00140384 [LuxCore][339.734] Noise estimation: Error mean = 0.00...
続きを読む

BlenderでLuxCoreRenderを使う

イメージ
 ポリゴンの生成は思いのほか技術が必要だったので、BlenderとLuxCoreRenderを使いながら、シミュレーションができるようになる方向で進めようと思う。 BlenderでLuxCoreRenderを使う方法は、以下の通り。 ・LuxCoreRenderのBlendLuxCoreをダウンロードする。 ・Blenderのメニューから、「編集」→「プリファレンス」をおし、左のメニューから「アドオン」を選んで、右上の「インストール」を押して、ダウンロードしてきたZIPファイルを選択すると、自動でインストールが完了する。 ・レンダープロパティ（カメラみたいなアイコン）を押して、レンダーエンジンをLuxCoreに変える。 ・適当なオブジェクトを配置したら、マテリアルプロパティ（下から二番目の赤いアイコン）でマテリアルを追加する。 ・シェーダーエディタ（前はノードエディタと呼んでいたらしい）を起動する。起動方法は、Blenderの画面左上のビューと書かれたところの左にあるアイコン（エディタータイプというやつ）を押し、「３Dビューポイント」から「シェーダーエディタ」にする。 ・マテリアルプロパティのShow Nodesを押す。初期は、Matte Materialがアクティブな状態になっている。マテリアルプロパティのNode Tree Presetsから、必要なマテリアルを選択すると、選択したものが追加され、追加した方がアクティブな状態になる。 ・初期状態では、環境光として「背景」が設定されているので、必要に応じて変えておく。「なし」にしておけば、設定した光源のみになる。下図は、HDRIという設定を使用した。設定は、ワールドプロパティ（オブジェクトプロパティの一つ上にある赤色のアイコン）を押すと設定がでてくる。 ・画像フォーマットやサイズは、出力プロパティで設定する。 ・レンダリングは、メニューの「レンダー」→「画像をレンダリング」を選択するか、F12を押す。レンダリングウインドウが表示され、延々とレンダリングが進む。止める場合は、ESCを押す。 ・ファイル保存は、レンダー画面の「画像」→「名前を付けて保存」で保存できる。 下記は、試しにレンダリングした画像。たいして設定はしていないが、かなりリアルな画像を生成できた。 User's manualも読み込みつつ、少し...
続きを読む

レンズを置いてみる2

イメージ
前回の像は実は実像だったとわかった。チェッカーパターンを使ったのが間違いだった。チェッカーパターンの片側だけ赤色のブロックを置くと、ちゃんと反転していることが分かる。 ただ、見え方がちょっと違う。焦点距離の2倍の位置に物を置き、焦点距離の2倍の位置から観察した場合、実像の大きさは、物体と同じになる。しかし、実際のところ、大きく拡大されている。 interior{ior 1.5} interior{ior 1.0} 焦点距離で見ると、反転していない虚像になっている。 　 考えてみたが、下記のようなことが起こっているのかもしれない。 上の図では、locationからのびた光線を追跡すると、最終的には物体の頂点部分にたどり着く。ただ、光線が曲がらないことを前提としている場合、結果的に像の見え方は、点線で描いた矢印のように見えることになるのではないかと考える。 結局、レンズからの光をView screenに投影するというような、カメラと同じ動作ではないため、実像のような振る舞いをするが、実質的に虚像を見ているのではないかと考える。いずれにしても、光学系そのものをシミュレーションするのは難しいようだ…。
続きを読む